лабы по теплотехнике

где α1 и α2 - коэффициенты теплоотдачи, от горящей среды к стенке и от стенки к холодной среде, Вт/( м2·К);

1/α1 и 1/α2 - термическое сопротивление теплоотдачи Rα1 и Rα2; δ/λ - термическое сопротивление теплопроводности - Rλ.

В некоторых случаях термическое сопротивление R 1 , R 2 , R значитель-

но (в сотни раз) отличаются друг от друга. Тогда R (следовательно и К) определяется наибольшим термическим сопротивлением, а другие составляющие играют малозаметную роль.

3 ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ Установка (рисунок 4.2) состоит из теплообменника, вентилятора и из-

мерительных приборов. Теплообменник состоит из стальной трубы 4, кожуха 5, заполненного дистиллированной водой. В нижней части кожуха 5 в водяном объеме смонтированы электронагреватель 9, с помощью которого вода доводиться до температуры кипения, около 1000С.

Рисунок 4.2 Схема установки 1-вентелятор; 2-заслонка; 3-термометры; 4-внутренняя трубка; 5-кожух; 6-

термоизолирующая вставка; 7-дифферинциальный манометр; 8-диафрагма; 9- нагреватель.

По внутренней трубе 4, обогреваемой кипящей водой, вентилятором 1 продувается воздух. Температура воздуха на входе и выходе из обогреваемого участка и температура кипящей воды в кожухе измеряются термометрами 3. На входе в трубу 4 установлена диафрагма 8, которая вызывает падение давления ∆p, измеряемое дифференциальным водяным манометром 7. Это падение давления пропорционально скорости и расходу воздуха, регулируется заслонкой 2, установленной на другом конце трубы.

4 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОЫ

4.1 Ознакомиться с конструкцией лабораторной установки. Проверить наличие воды в кожухе теплообменника и включить электронагреватель.

21

где S - площадь сечения трубы теплообменника, м2.

По результатам обработки строится график К=ƒ(ω).

Относительная погрешность при определении коэффициента теплопередачи определяется по формуле:

где ∆pб, T, ∆(∆р), ∆d, ∆l - абсолютное погрешности измерения атмосферного давления, температуры, перепада давления на диафрагме, диаметра и длины.

Для оценки эксперимента полученные по результатам опыта коэффициенты теплопередачи сравниваются со значениями К, рассчитанными для каждого расхода воздуха на основе теории теплообмена. Для тонкостенной трубы можно применить формулу (4.2).

В нашем случае термическое сопротивление теплоотдачи от кипящей воды к стенке 1/α1 и термическое сопротивление стенки δ/λ несравненно меньше, чем термическое сопротивление теплоотдачи от стенки воздуху 1/α1. Поэтому, в условия нашего эксперимента можно принять: К≈ α2.

Для расчета воспользуемся теорией подобия. Воздух внутри трубы движется под действием вентилятора, вынужденно. Для турбулентного движения воздуха в каналах критериальное уравнение имеет следующий вид:

где Nu=α·d/λ - критерий подобия Нуссельта, характеризующий интенсивность теплоотдачи, в него входит искомая величина - коэффициент теплоотдачи - α;

Re=ω·d/γ - критерий подобия Рейнольдса, характеризующий режим вынужденного движения жидкости или газа;

d - внутренний диаметр трубы, м; d=53 мм; λ - теплопроводность, Вт/(м2·К); γ - кинематическая вязкость, м2/с;

ω - средняя скорость потока воздуха, м/с;

εl - коэффициент, учитывающий изменение теплоотдачи на начальном участке трубы, если l/d<50, то εl берётся из приложения.

Для длинных труб (l/d>50) принимается εl=1.

Физические параметры воздуха (λ, γ) берутся из приложения по средней температуре воздуха t2.

Из уравнения (4.11) определяется критерии Нуссельта и, затем, коэффициент теплоотдачи:

Цена 1 деления

Таблица 4.2 Результаты измерений Барометрическое давление ____ кПа

Таблица 4.3 Результаты обработки данных

1.Что называется теплопередачей, из каких процессов простого теплообмена она состоит?

2.Физический смысл коэффициента теплопередачи.

24

3.Что называется полным термическим сопротивлением и из каких слагаемых оно состоит?

4.В каких случаях при определении К можно пренебречь отдельными составляющими термического сопротивления?

5.Каким способом в данной работе определяется расход воздуха?

6.Перечислите признаки стационарного (установившегося) теплового режима.

7.Сколько раз повторяются измерения в каждом режиме и сколько режимов необходимо получить при испытании?

8.По какой температуре находится физические параметры воздуха для определения критериев при вынужденном движении воздуха?

9.Как увеличить К в рассматриваемом случае процесса теплопередачи?

10.Какие измеряемые величины вносят наибольшую долю в погрешность определения коэффициента теплопередачи?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5 ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА

ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ПРОТИВОДАВЛЕНИЯ

1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ Изучение устройства, рабочего процесса и методику испытания односту-

пенчатого поршневого компрессора. Определение показателей его работы. 2 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Компрессор – это машина для сжатия и подачи газов и паров. Компрессоры применяются в наддуве дизелей, в пневматическом приводе тормозов тракторов

иавтомобилей, в приводе пневмоинструментов, в холодильных установках, в газотурбинах и реактивных двигателях, в строительстве, металлургии, нефтехимии

идругих отраслях производства.

Рассмотрим процессы в одноступенчатом поршневом компрессоре (рисунок 5.1).

В теоретическом компрессоре принимаются следующие упрощения:

- вытеснение газов из цилиндров происходит полное, при этом отсутствует зазор между поршнем и головкой цилиндра и не остается «вредного» объема (Vо=0);

- нет потерь давления в клапанах, процессы всасывания и нагнетания идут по ли-

нии 4-1 и 2-3; - утечки через зазоры и силы трения

отсутствуют.

Рисунок 5.1 Схема (а), диаграммы теоретического (б) и реального (в) поршневого

компрессора

25

где p1 – давление на впуске, Па;

R – газовая постоянная, Дж/(кг К); T1 – температура на впуске, К.

Качественной характеристикой компрессора является степень повышения давления =p2/p1.

Для одноступенчатого поршневого компрессора =4…8. 3 ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

В лабораторной установке (рисунок 5.2) компрессор 3 засасывает воздух через газовый счетчик 1 и подает его под давлением в ресивер 7. Компрессор приводится в работу электродвигателем 4 через ременную передачу. На шкиве компрессора закреплена крыльчатка вентилятора, который охлаждает цилиндр и головку компрессора. Мощность, потребляемая электродвигателем компрессора, измеряется ваттметром W.

Компрессор имеет число цилиндров Z=2, ход поршня S=85 мм, диаметр

D=78 мм.

Рисунок 5.2 Схема лабораторной установки. 1 – газовый счетчик (расходометр), 2- вакуумметр, 3 – компрессор, 4 – электродвигатель, 5 – предохранительный клапан, 6 – вентиль, 7 – рессивер W – ваттметр, t – термометр, p – манометр

4 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

4.1Ознакомиться с лабораторной установкой и приборами. Записать в таблицу 5.1 технические характеристики приборов.

4.2Открыть вентиль 6, включить электродвигатель и прогреть установку в течении 5 минут.

4.3Частично приоткрыть вентиль 6 до появления постоянного давления, указанного преподавателем в задании на эксперимент. Тахометром измерить частоту вращения вала компрессора, барометром – атмосферное давление и

температуру воздуха на входе. Замерить показания газового счетчика и включить секундомер. Через Q, м3 выключить секундомер. Занести в таблицу 5.2 время опыта и показания других приборов (n, t, p2, Nф).

4.4Изменяя закрытие вентиля повторить опыты при других давлениях в ресивере, 5…6 раз.

27

4.5 Открыть полностью вентиль и выключить электродвигатель компрессо-

ра.

4.6Обработать полученные результаты. Построить графики n=f(p2);

v=f(p2); k=f(p2); W=f(p2).

4.7Сделать выводы по результатам работы:

-о характере изменения показателей;

-о причинах этих изменений;

-о том, какие приборы лабораторной установки вносят большую погрешность в результат опыта и как повысить точность эксперимента.

5 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТА Рассчитываются следующие величины:

5.1 Объемная производительность компрессора по параметрам впуска [м3/с]

t

где Q – расход воздуха за время опыта, м3;- продолжительность опыта, с.

5.2 Массовая подача компрессора [кг/с]

где - плотность воздуха по условиям на впуске, кг/м3 pб – барометрическое давление, Па;

R – газовая постоянная воздуха, R=287 Дж/(кг К); Т – температура на впуске, К 5.3 Коэффициент наполнения

где VТ – теоретическая производительность компрессора, м3/с; D – диаметр цилиндра, м;

S – ход поршня, м;

Z – число цилиндров;

nk – частота вращения вала компрессора, мин-1.

5.4Мощность привода компрессора [Вт], при сжатии определяется по фор-

муле (5.2).

При расчете показатель политропы n =1,38.

p1=pб – давление на впуске, Па, p2 – давление в ресивере, Па.

5.5Коэффициент полезного действия привода компрессора

где Nф – мощность одной фазы (показания ваттметра), Вт;эд – кпд электродвигателя, эд =0,86;рп – кпд ременной передачи, рп =0,82.

5.6 Относительная погрешность опыта

28

где p1, p2, Т, Q, nk, , Nф – абсолютные погрешности приборов, которыми измерялись соответствующие величины.

Таблица 5.1 Технические параметры приборов

Таблица 5.3 Результаты обработки данных

1

2

3

4

5

6 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1Какой объем компрессора называется «вредным» и как он влияет на подачу компрессора?

2В каком случае подача компрессора окажется равной нулю?

3Почему головку и цилиндр компрессора охлаждают?

4При каких условиях затрачивается минимальная мощность на приводе при постоянной подаче компрессора?

29

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6 ИЗУЧЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ Изучить устройство котельного агрегата, требования к предохранительной

и запорной арматуре, контрольно-измерительным приборам, вспомогательному оборудованию. Ознакомиться с расположением оборудования котельной установки, правилами безопасной эксплуатации котельных агрегатов.

2 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Котельная установка состоит из котельного агрегата и вспомогательного

оборудования.

Котельный агрегат (котел) состоит из топки, поверхностей нагрева и устройств для получения пара или горячей воды требуемых параметров, арматуры, контрольных приборов и обмуровки.

Вспомогательное оборудование включает устройства для подготовки и подачи в котельный агрегат топлива, воздуха и питательной воды, для удаления золы, шлака и дымовых газов.

В паровом котле находится вода под давлением при температуре выше 100 С, т.е. перегретая вода. При внезапной разгерметизации котла перегретая вода мгновенно вскипает. Объем образовавшегося пара примерно в 1500 раз больше объема воды. Поэтому разгерметизация котла вызывает эффект взорвавшейся бомбы. Взрыв котла приводит к тяжелым последствиям, разрушениям зданий и сооружений.

Для безопасной эксплуатации и регулирования работы, котел оборудуется арматурой и контрольными приборами.

Арматуру котла можно разделить на виды:

-предохранительная (предохранительные и взрывные клапаны, плавкие пробки, обратный питательный клапан);

-контрольная (водоуказательные приборы, расходомеры и т.д.);

-запорная (задвижки, вентили, краны);

-регулирующая (заслонки, шибер, регуляторы расхода топлива и др.), Предохранительная арматура котла дублируется и должна регулярно прове-

ряться оператором и администрацией (представителями инженерной службы и руководства).

Изучение требований к оборудованию котельной установки и составление отчета (пункты 4…7) продолжаются в часы самостоятельной работы.

3 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

3.1Изучите назначение, устройство и взаимодействие деталей арматуры по разрезам, натуральным образцам и плакатам.

Обратите особое внимание на требования, предъявляемые к арматуре и кон- трольно-измерительным приборам, комплектацию, количество, места присоединения их к котлу, способу и срокам проверки.

3.2Изучите:

30