sbornik_lab_po_TOT

ния0 эффекта Джоуля-Томсона

Шкала манометра градуирована в кг/см2 . Расход воздуха измеряется с по-

мощью ротаметра 4, градуировочная характеристика которого представлена на рис. 2.5.3.

Деление шкалы ротаметра Рис. 2.5.3. Градуировочная кривая ротаметра

Порядок выполнения работы

1.Поворачивают кран регулировки давления 3 до упора по часовой стрелке.

2.Включают установку тумблером «Сеть» 1. Включают измеритель тем-

пературы 5 тумблером 6.

3.Измеряют температуру воздуха Т1 на входе и Т2 на выходе из дросселя

12. Если показания меняются в пределах ± 0,1°C, то можно начинать опыт.

4.Тумблером 2 включают компрессор и краном 3 устанавливают началь-

ное избыточное давление на входе р1 = 5 кг/см2 . По показаниям рота-

метра (~50 дел. шкалы) определить объемный расход воздуха G через дроссель.

показаниям измерителя температуры 7 производят отсчет температур

T1 и Т2.

6.Повторяют измерения, описанные в п. 4 .. . 5 , для давлений на входе р1

=7 и 10 кг/см2. Данные заносят в табл. 2.5.2.

Та б ли ц а 2 . 5 . 2

7.Для каждого опыта методом последовательных приближений рассчи-

тывают по формуле (2.5.11) величины v1 и v2, соответствующие экспе-

риментальным значениям р1, T1 и р2, Т2, соответственно. Полученные значения v заносят в табл. 2.5.2.

8.По формуле (2.5.10) вычисляют коэффициенты ah1 и ah2, соот-

ветствующие значениям v1, T1 и v2, T2, определенным в п. 7. Результа-

ты вычислений заносят в табл. 2.5.2.

9.По формуле (2.5.12) определяют интегральный эффект Джоуля-

63

Лабораторная работа №7

«Определение термического сопротивления сыпучего слоя»

Расчётная схема опыта, основные обозначения и структура уравнений, используемые в работе, совпадают с описанными в работе ТМО-2. Существенными отличиями являются конструкция установки и то, что в данной работе зависимость теплопроводности материала от температуры требуется пред-

ставить в виде эмпирической функции.

В общем случае средняя теплопроводность слоя определяется соотношением

(3.3.1)

где— температура на внутренней поверхности тела; t2 — температура на внешней поверхности тела. При линейной зависимости теплопроводности от температуры = A+Bt после интегрирования получим

(3.3.2)

Тепловой поток через цилиндрическую стенку рассчитаем на основе закона Фурье

(3.3.3)

где F = 2 rL — площадь изотермической поверхности на текущем радиусе цилиндра длиной L. Подставляя F, разделяя переменные и ин-

тегрируя уравнение (3.3.3) в пределах от r1 до r2 и от t1 до t2, получим

(3.3.4)

и, далее в соответствии с равенством (3.2.2) найдём

(3.3.5)

64

Эксперименты показывают, что для большинства сыпучих материалов зависимость теплопроводности от температуры можно считать линейной,

следовательно, для сыпучих материалов справедлива формула (3.2.2)

Важно, что формула (3.3.6) задаёт расчётную температуру как средне-

арифметическую температуру стенки.

Экспериментальная установка

Экспериментальная установка (рис 3.3.1) состоит из двух коаксиально распо-

ложенных металлических труб 1 и 2, между которыми помещается испытуе-

мый материал 3. Коаксиальность труб обеспечивается специальными крыш-

ками 5 и 8.

Слой испытуемого материала нагревается тремя автономными нагревателями

4, 6 и 7, выполненными из нихромовой проволоки, намотанной на толсто-

стенную фарфоровую трубку, вставленную в полость трубы 2. Средний на-

греватель 4 является основным, он предназначен для нагревания рабочего участка слоя с размерами L = 0,5 м, r1 = 9,75*10-3 м и r2 = 21-10-3 м.

Нагреватели 6 и 7 компенсируют тепловые утечки в осевом направлении и моделируют «бесконечность» рабочего участка: в его пределах задача тепло-

проводности остаётся одномерной, температура меняется только в радиаль-

ном направлении. Тепловой поток Q (джоуль-ленцев поток в цепи основного нагревателя 4) измеряется ваттметром PW. Реостатами РА регулируют мощ-

ность охранных нагревателей 6 и 7.

65

Рис. 3.3.1. Установка для определения теплопроводности сыпучего материала

Все нагреватели и подводящие провода изолированы шамотной глиной. Тем-

пературы наружной и внутренней поверхностей рабочего участка слоя изме-

ряются термопарами t1-t4. Первые две термопары расположены на внутрен-

ней поверхности трубы 1, остальные — на наружной поверхности трубы 2.

Показания термопар t1 и t2 могут несколько отличаться друг от друга вслед-

ствие различных условий теплообмена в свободном потоке воздуха на верх-

нем и нижнем участках горизонтальной трубы. Поэтому температуру на на-

ружной и внутренней поверхностях рабочего слоя определяют как среднюю арифметическую из показаний термопар.

На наружной поверхности трубы 2 по концам рабочего участка заделаны контрольные термопары t0 и t5. Провода термопар изолированы фарфоровы-

ми трубочками и выведены наружу через слой испытуемого материала и от-

верстия в крышках 5, 8 и подключены к измерителю температуры 2ТРМО 9

через переключатель 10.

Порядок выполнения работы

67

Обработка и оформление результатов

Результаты, полученные при выполнении п. 3 и 4, обрабатывают в следую-

щем порядке:

-Для каждого режима определяют Q, tcp1, tcp2, tcp = (tcp1+ tcp2)/2 и по формуле (3.3.5) определяют (tcp).

-Из совместного решения двух уравнений (3.3.6) находят коэф-

фициенты A и B.

-В координатах X - tcp строят линейную зависимость (3.3.6).

Полученные результаты сравнивают с табличными данными (теплопро-

водность песка 0,2.. .0,4 Вт/(м*К) в диапазоне t=0.160 °С) и делают выводы.

Лабораторная работа №8

«Исследование процесса теплоотдачи в ограниченном объеме при сво-

бодном движении воздуха»

1. Цель работы Определение эквивалентного коэффициента теплопроводности, установление

его зависимости от температурного напора и сравнение опытных данных с расчетными.

-Основные теоретические положения

Теплообмен при естественной (свободной) конвекции во многом зависит от объема пространства, окружающего поверхность нагрева.

В ограниченном пространстве он характеризуется взаимным влиянием на-

грева и охлаждения жидкости (газа): взаимодействие восходящих и нисхо-

дящих потоков усложняет процесс теплообмена. В практических расчетах

68

сложный процесс конвективного теплообмена принято рассматривать как элементарное явлениете плопроводности. В этом случае вводят так называе-

мый эквивалентный коэффициент теплопроводности X экв, учитывающий те-

плопроводность среды и

перенос теплоты за счет конвекции, т.е. экв = экв + конв.

Конвективный тепловой поток QK в цилиндрическом зазоре, образован-

ном двумя вертикальными трубами (труба в трубе), определяется по формуле

(7)

где tc1, tc2 - температуры внешней поверхности внутренней трубы и внутрен-

ней поверхности наружной трубы, °С;

d1 - наружный диаметр внутренней трубы, мм; d2 - внутренний диаметр наружной трубы, мм; l - высота цилиндрического зазора, м.

Академиком М.А. Михеевым предложена зависимость для определения расчетного значения эквивалентного коэффициента теплопроводности при

где - коэффициент конвекции;

ж

- число Грасгофа, учитывающее действие подъемных (ар-

химедовых) сил;

Рrж - число Прандтля, характеризующее физические свойства среды;

- коэффициент объемного расширения (для газов );

- температура газа, К; g - ускорение свободного падения, м2/с;

- толщина цилиндрической прослойки, м.

Формула (8) справедлива при значениях > 103 .

69

При вычислении чисел подобия за определяющий размер принимается толщина цилиндрической прослойки = 0,5(d2 – d1), а за определяющую температуру - средняя температура жидкости tж = 0,5(tc1 + tc2). При

< 103 =1.

3. Методика выполнения работы

Опытная установка (рис. 3) состоит из двух вертикальных труб 2 и 3 разного диаметра (труба в трубе). Внешний диаметр внутренней трубы 2 d1=28 мм, а

внутренний диаметр внешней трубы 3 d2=43 мм; трубы имеют одинаковую длину 1=820 мм. Электрический нагреватель 4 расположен внутри трубы 2.

Мощность нагревателя регулируется лабораторным автотрансформатором и измеряется ваттметром 5. Температуры поверхности труб измеряются хро-

мель-копелевыми термопарами, расположенными на соответствующих по-

верхностях нагрева (по три термопары на каждой трубе). Термопары под-

ключены к автоматическому потенциометру 1 (точки 1', 2', 3' - температуры поверхности внутренней трубы; точки 4', 5', 6' - температуры - наружной),

показывающему температуру поверхности непосредственно в градусах.

Рис. 3

Порядок выполнения работы включает:

1. Включить питание установки. Установить мощность электронагревателя в

пределах 50 - 100 Вт.