лабы по теплотехнике

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Теплотехника и энергообеспечение предприятий»

БЗ. Б.3 Теплотехника

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторных работ №1..7

Направление подготовки (специальность) 110800 Агроинженерия

Профиль подготовки (специализация, магистерская программа) Технические системы в агробизнесе

Технический сервис в агропромышленном комплексе

Технологическое оборудование для хранения и переработки сельскохозяйственной продукции

Квалификация (степень) выпускника бакалавр

Уфа 2013 г.

Методические указания разработаны профессором, д.т.н. Габдрафиковым Ф.З. и ассистентом, к.т.н., Абраровым М.А.

Рекомендовано к печати кафедрой «Теплотехника и энергообеспечение предприятий» (протокол №___от «___»________ 20___ г.) и методической комиссией механического факультета (протокол № __ от « » 20___г.).

Рецензент: заведующий кафедрой тракторов и автомобилей, к.т.н., доцент Костарев К.В.

Ответственный за выпуск:

И.о. зав. кафедрой, к.т.н., доцент Динисламов М.Г.

2

3

ВВЕДЕНИЕ

Выпускник по направлению подготовки 110800 Агроинженерия должен обладать общепрофессиональными компетенциями – способностью к использованию основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, решать инженерные задачи с использованием основных законов термодинамики и тепломассообмена, освоить устройства и правила эксплуатации теплотехнического оборудования

Предварительно перед выполнением лабораторной работы студент должен изучить правила техники безопасности, освоить методику проведения работы, изучить литературу, подготовить пункты 1…4 отчета и устные ответы на контрольные вопросы.

При выполнении лабораторной работы студент обязан строго выполнять правила техники безопасности, пожарной безопасности.

По полученным данным опытов нужно провести обработку результатов, чтобы своевременно обнаружить измерений. Вычисления проводить с округлением до 3-х значных цифр.

Масштаб построения графиков выбирается так, чтобы зависимость была наглядной и занимала место не менее 100х80 мм и в виде равномерной цифровой шкалы наносится на координатные оси в пределах изменения независимой переменной, откладываемой по оси абсцисс и ее функции по оси ординат. На осях указываются обозначения величин и размерности.

При оценке ошибки определения исследуемой величины абсолютные предельные погрешности измеряемых параметров принимаются 0,5 цены деления шкалы измерительного прибора. Абсолютные погрешности длины и диаметров принимаются l=1мм и d=0,1 мм.

Отчет по выполненной работе должен содержать:

-название, цель и задачи работы;

-понятие об исследуемом процессе;

-схему установки;

-таблицы;

-обработку данных с постановкой в формулы исходных цифровых величин по одному из опытов;

-результаты обработки всех опытов, занесенных в таблицы;

-графики исследуемых процессов;

-выводы по полученным зависимостям и сравнение их с литературными данными.

4

ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ В ЛАБОРАТОРИИ «ТЕПЛОТЕХНИКИ»

Лабораторные установки имею электрический привод и/или нагреваются электронагревателями до высоких температур, включенными в сеть 380/220 В. В связи с этим следует выполнять следующие основные правила техники безопасности:

1.Не касаться контактов и не проводить каких-либо соединений проводов на включенной установке.

2.Не касаться нагревающихся поверхностей установок.

3.Не ставить около установок портфели, не класть книги и другие предме-

ты.

4.Осторожно обращаться с ртутными термометрами. Не допускать загрязнения помещения ртутью.

5.После окончания работы выключить установки, не оставлять черновики, бумагу.

6.При испытании тепловых машин (двигателя внутреннего сгорания, компрессора и др.) запрещается находиться в плоскостях вращения карданных соединений, маховика, крыльчатки вентилятора.

7.Соблюдать правила пожарной безопасности

5

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ СОСТОЯНИЯ ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА

1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ Изучение изменений параметров влажного воздуха, в процессах протекаю-

щих в сушильной установке.

В результате выполнения работы должен быть изучен материал данной темы и освоена методика экспериментально-графического определения параметров состояния влажного воздуха с использованием H,d-диаграммы.

2 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Атмосферный воздух используется в качестве рабочего тела в различных

технологических процессах, например, для сушки сельскохозяйственной продукции, в установках кондиционирования, в системах обеспечения микроклимата в сельскохозяйственных производственных помещениях и др.

Давление влажного воздуха по закону Дальтона определяется по формуле:

где Рвл.в., Рс.в., Рв.п.., - соответственно, давление влажного воздуха, парциальное давление сухого воздуха и парциальное давление водяного пара.

Основными характеристиками влажного воздуха являются его влагосодержание d и энтальпия H.

Так как при изменении состояния влажного воздуха количество сухого воздуха в смеси не меняется, то расчеты с влажным воздухом принято относить к 1 кг сухого воздуха.

3 ОПЫТНАЯ УСТАНОВКА В настоящей работе в качестве опытной установки использован сушильный

электрический шкаф СЭШ-3М, который представляет собой небольшую сушильную камеру, защищенную слоем теплоизоляции, с дверкой 4 для загрузки камеры (рисунок 1.1). Рабочая температура в сушильной камере обеспечивается электрическими нагревателями 7 и 8, помещенными в нижней части шкафа, и поддерживается на заданном уровне с помощью терморегулятора, состоящего из ртутного контактного термометра 1 и реле 13. Нагреватель состоит из двух секций: основной 7 – мощностью 575 Вт и дополнительный 8 – мощностью 522 Вт. Основная секция включена в цепь терморегулятора.

Выключатели нагревателей и гнезда контактного термометра расположены на панели шкафа. На крышке панели имеется окно для наблюдения за сигнальной лампой включения и выключения основного нагревателя.

Температура воздуха после нагревания измеряется хромель-копелевой термопарой 5. Для определения относительной влажности сушилка снабжена двумя одинаковыми ртутными термометрами 2 и 3, один из которых «мокрый». Баллончики термометров помещены в сушильную камеру, в которой возможно обеспечить нагрев окружающего воздуха и последующее увлажнение.

Баллончик «мокрого» термометра обернут батистом и непрерывно смачивается водой.

6

Рисунок 1.1 Схема сушильного электрического шкафа СЭШ-3М:

1 – контактный термометр; 2 и 3 – «сухой» и «мокрый» термометры; 4 – окно загрузочное; 5 – термопара; 6 – потенциометр; 7 и 8 – нагреватели; 9 – электродвигатель; 10 – вентилятор; 11 – включатель дополнительного нагревателя; 12 – включатель основного нагревателя; 13 – реле автоматического управления; 14 – подпятник; 15 – стол вращающийся.

4 МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА

Перед началом опыта следует заполнить бюксы сырым материалом для подсушивания и измерить их массу на весах ВЛКТ-500Г-М с точностью 10 мг. После необходимо по указанию преподавателя установить по контактному термометру 1 требуемую температуру в сушильной камере и установить выключатели основного 7 и дополнительного 8 нагревателей в положение «Вкл».

Стационарный режим сушки характеризуется постоянством относительной влажности за сушилкой, поэтому следует сразу же начать ее определение «сухим» и «мокрым» термометрами.

Начальные параметры окружающего воздуха определяется по показаниям «сухого» и «мокрого» термометров аспирационного психрометра. Чувствительный элемент мокрого термометра обернут батистом, смачиваемой водой. За 4 минуты до начала измерений ткань смачивается водой с помощью резиновой груши. Перед измерением заводится вентилятор и через каждые 30 секунд записываются показания «сухого» и «мокрого» термометров до тех пор, пока показания «мокрого» термометра не достигнет минимума. По этим показаниям на H,d- диаграмме влажного воздуха определяются параметры воздуха на входе в калорифер.

По достижению стационарного режима в течении 15 минут через каждые 3 минуты записываем в журнал наблюдений показания всех термометров психрометра в сушильной камере, показания термопары за калорифером, потребляемую мощность сушильной установки, массу высушиваемого материала в начале и конце опыта, барометрическое давление воздуха.

5 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТА После окончания эксперимента необходимо усреднить результаты измере-

ний и нанести процессы, протекающие в сушилке на H,d-диаграмму (рисунок

1.2).

Точка 0 характеризирует параметры наружного воздуха. Чтобы определить температуру точки росы tр из точки 0 опускаем перпендикуляр до пересечения с

7

=100%, изотерма проходящая через эту точку определяет температуру точки росы.

Для нахождения парциального давления пара во влажном воздухе данного состояния из точки 0 опускаем линию d=const, т.е. точки 0 и 1 располагается на линии 0-1.

Рисунок 1.2 Процесс сушки на H,d диаграмме

Разность энтальпии Н1-Н0 умноженная на массу сухого воздуха при нагре-

где mв – количество испаренной влаги, кг.

в

где m – количество испаренной влаги во время эксперимента, кг;– продолжительность эксперимента, с;

d0 и d2 – соответственно, влагосодержание атмосферного воздуха и воздуха после сушилки, г/кг сухого воздуха;

Н1 и Н0 – соответственно, энтальпия нагретого и атмосферного воздуха,

кДж/кг влажного воздуха.

Потери теплового потока в калорифере Фпот [кВт] определяются как разность тепловой мощности электрического нагревателя и теплового потока на нагрев воздуха в калорифере

где W – электрическая мощность нагревателя, кВт.

Действительное количество теплоты Q [кДж/кг] затраченное на испарение 1 кг влаги определяется по формуле

3600 W

Q (1.6) mв

В отчете по данной работе необходимо заполнить журналы наблюдений, определить кпд сушилки и построить процессы на миллиметровой бумаге.

8

Таблица 1.1 Журнал наблюдений.

6 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1 Перечислите основные параметры, определяющие состояние влажного воз-

духа.

2 Дайте определение абсолютной и относительной влажности воздуха.

3 Расшифруйте термин «влагосодержание» влажного воздуха и укажите единицу его измерения.

4 Как определяется парциальное давление водяных паров при проведении эксперимента.

5 Как определяются парциальное давление сухого воздуха при проведении эксперимента.

6 На диаграмме H,d влажного воздуха изобразите процессы нагрева, сушки и охлаждения воздуха.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ С

РАЗЛИЧНЫМИ СХЕМАМИ ДВИЖЕНИЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ

1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ Освоение основ теплового расчета теплообменников, определение среднего

температурного напора и коэффициента теплопередачи.

Получение экспериментальной зависимости основных показателей теплообменника при работе по схемам прямотока и противотока.

2 ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ Теплообменные аппараты (теплообменники) – устройства, предназначенные

для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому.

Вкачестве теплоносителя в теплообменниках используется пар, горячая вода, продукты сгорания и др.

Всельском хозяйстве теплообменники применяются для нагревания воздуха, используемого при сушке продуктов и обогреве теплиц и парников; для нагревания воды, идущей на технологические цели и отопление; для охлаждения молока и отводов тепла из систем охлаждения двигателя внутреннего сгорания и т.д. Теплообменные аппараты выполняются с простыми и сложными схемами движения теплоносителей.

К простым схемам относятся:

9

-прямоток – теплоносители движутся в одном направлении;

-противоток – теплоносители движутся в противоположном направлениях;

-перекрестный ток – теплоносители протекают во взаимно перпендикулярных направлениях. Например, в радиаторе двигателей внутреннего сгорания.

Тепловой расчет теплообменных аппаратов основан на уравнениях теплового баланса и теплопередачи

где: Ф1 и Ф2 – тепловые потоки 1 (горячего) и 2 (холодного) теплоносителей, Вт;Ф – потери теплоты в окружающую среду (при хорошей изоляции теплооб-

менника ею можно пренебречь), Вт.

А – величина поверхности теплообменника, м2; К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 К);

t – средний по поверхности теплообменника температурный напор.

Рисунок 2.1 Схемы теплообменников и изменения температуры в них: а) прямоток; б) противоток.

где t и tм – температурные напоры в разных концах теплообменника, наибольший и наименьший (см. рисунок 2.1).

Если температурный напор вдоль поверхности теплообменника изменяется незначительно и выполняется отношение (2.5)