энергосбережение

Тепловое излучение наиболее распространенный вид излучения. При этом

потери атомами или молекулами энергии на излучение света компенсируются за

счет энергии их теплового движения. Чем выше температура тела, тем быстрее

Т

движутся атомы или молекулы. При столкновении друг с другом часть их

кинетической энергии превращается в энергию возбуждения, которая затем

превращается в световую.

Н

У

Люминесцентное излучение исходит из сравнительно небольшого числа

Б

центров люминесценции – атомов, молекул или ионов, приходящих в

возбужденное состояние под воздействием внешних причин, а затем, при

переходе возбужденного центра на более низкий энергетический уровень,

й

испускающих квант люминесцентного излучения. Вещества, в которых

происходит люминесценция, называются люминофорами.

Электрические источн

света, их конструкции

и па

киаметры

т

Электрические источники све арсп собу генерирования ими излучения

делятся на темпера урные (лампы накаливания) и люминесцентные

ламп накаливанияименно, а

:

(люминесцентные газоразрядныеполампы).

з

Принцип действ я ламп накаливания основан на вышеописанном тепловом

о

излучении. Исполь ован этого принципа обуславливает основные недостатки

п

– низкий КПД ( к ло 2 %), так как подавляющая часть потребляемой

е

электроэнергии этими лампами преобразуется не в световую, а в тепловую

Р

эн ргию;

У

Разновидностью ламп накаливания являются галогенные лампы, основное

отличие которых заключается в повышенном сроке службы, как правило, до

Т

2000 часов. Это достигается за счет того, что в состав газового заполнения

колбы галогенной лампы накаливания добавляется йод, который при

Н

определенных условиях обеспечивает обратный перенос испарившихся частиц

вольфрама спирали со стенок колбы лампы на тело накала.

Б

Люминесцентная лампа представляет собой запаянную с обоих концов

стеклянную трубку, внутренняя поверхность которой покрыта тонким слоем

люминофора. Из лампы откачан воздух, и она заполнена инертным газом

й

аргоном при очень низком давлении. В лампу помещена капля ртути, которая

при нагревании превращается в ртутные пары. Вольфрамовые электроды

частности

лампы, как правило, имеют вид спирали. Параллельно спирали располагаются

два жестких никелевых электрода, каждый

з которых соединен с одним из

концов спирали. При подаче на

электроды

напряжения в газовой среде лампы

возникает электрический раз яд, в

между жесткими электродами и

спиралью.

В цилиндрическом балл не ртутн й лампы идет электрический разряд.

Возбужденные атомы р у и испускают мощные потоки электромагнитного

энергия

к

р го лежит в ультрафиолетовой части спектра.

излучения, основная

Под действием уль раф олеовогоизлучения происходит свечение покрытых

з

люминофором стеноктлампы разным цветом. Поглощая ультрафиолетовое

излучение, смесь люм нофоров излучает в видимой части спектра и в

о

достаточной степени воспроизводит спектр дневного света.

Снижение потребления электроэнергии

Р

ри овсеместном внедрении люминесцентных

п

ламп

еВ странах СНГ не менее 10 % вырабатываемой электроэнергии потребляется

при освещении жилых и непроизводственных служебных помещений лампами

Экспериментальная установка

Экспериментальная установка (рис. 2.1) включает в себя: 1 – лампу

накаливания; 2 – люминесцентную лампу, работающую с частотой 35 000 Гц; 3

– ваттметр для измерения электрической мощности, потребляемой лампами из

У

сети; 4 – выключатели; 5 – прибор для измерения освещенности люксметр.

Т

Н

Б

Рис. 2.1. Схема экспер ментальной установки

и

р

Порядок выполнен я работы

о

3. По ваттметру 3определить величину потребляемой лампой накаливания

1.

Установить диапаз н измерений люксметра 0–2500 лк.

сети

2. Включить лампу накаливания. Люксметром 5 измерить величину

освещенности на поверхности включенного светильника в 5 точках.

з

.

мощности

4.

о

Выключить лампу накаливания.

5. Включить люминесцентную лампу и произвести для нее аналогичные

п

измерения.

6.

П лученные данные занести в табл. 2.1.

е

Р

Таблица2.1

Параметры

Включенный электрический источник света

лампа

люминесцентная лампа,

накаливания

работающая на частоте

35000 Гц

Освещенность Е (лк) на

1

поверхности светильника, в точках

2

3

4

У

5

Т

Расчетное значение освещенности

Н

, лк

Б

Расчетное значение светового

потока

, лм

Поток излучения

й

, Вт

и

Потребляемая мощность N, Вт

р

КПД источника света

о

т

и

з

Плотность потока

злучен я

(энергетическая освещенность)

о

п

,

Р

7. Измерить диаметр d (м) и высоту h (м) цилиндрического светильника и

опр д лить его поверхность

2

, м .

е8. По результатам расчетов сделать вывод об экономичности рассмотренных

Цель работы: экспериментальное определение потерь энергии на

транспортирование жидкостей и газов по сложному трубопроводу,

включающему в себя магистральный трубопровод и участки с резким

изменением геометрии потока: резким расширением, резким сужениемУ, резким

и плавным поворотами потока.

Т

Общие сведения

Транспортирование текучих сред (жидкостей и газов) по трубопроводамН

осуществляется с помощью нагнетательных

(насосов, вентиляторов и

т.п.). Для того чтобы перемещать текучую среду, нагнетательное устройство

Б

должно затрачивать некоторую энергию. Оказывается, эта энергия зависит не

только от физических свойств текучей среды, но и от характеристик

трубопроводной системы. Эксплуатац онные расходы энергии на

устройств

и

р

транспортирование можно существенно сократ ть за счет выбора оптимальной

геометрии трубопроводной системы, что может быть реализовано только после

изучения основных закон ме

стей течения жидкостей и газов по

трубопроводам.

Поток жидкости

газа

характеризовать объемным расходом Q (м3/с)

можно

и средней по сечен ю рубы скоростью V (м/с). Расход является одной из

основных характер стпотоковк

жидкости либо газа. Расходом называется

количество ж

дкости

ли газа, которое перемещается через поперечное сечение

труб пр в да в единицу времени. Расход и скорость связаны между собой

либо

соотн шением

, где S – площадь поперечного сечения трубы (м2).

з

При движении реальных жидкостей и газов часть механической энергии

о

движ ния необратимо превращается в тепловую. Эта часть энергии называется

р й энергии

. Потери энергии обусловлены существованием сил

пот

вязкого трения в жидкостях и газах, т.е. вязкости. С потерями энергии связаны

потери давления

и потери напора

,

где - плотность жидкости либо газа; g- ускорение свободного падения. Потери

Рдавления

измеряются в Па, потери напора

– в м.

равномерно распределяются по всей длине трубы. Потери второго вида ( pм)

сосредоточены на сравнительно коротких участках трубопроводов и

вызываются местными изменениями конфигурации канала. Эти сопротивления

называются местными. Примерами местных сопротивлений могут служить

У

участки резкого расширения и сужения трубопровода, места слияния и

разделения потоков, различного рода трубопроводная аппаратура (вентили,

клапаны, задвижки, дроссели и т.п.). Характерной особенностьюТдвижения

жидкости через местные сопротивления является образование вихрей в потоке,

что вызывает значительные потери энергии (давления, напора).

Н

Таким образом, полные потери давления и напора определяются выражениями:

Б

;

й

и

.

Потери напора по длине для случая установившегося движения жидкости по

трубопроводу круглого сечениярпределяются по формуле Дарси-Вейсбаха:

о

т

,

где - к эффициент гидравлического трения (коэффициент потерь напора по

длине);

и

з

l - длина рассматриваемого участка трубы, м;

о

d - диаметр трубопровода, м;

п

V - ср дняя скорость движения жидкости, м/с.

е

Из формулы видно, что величина потерь напора по длине возрастает с

увеличением скорости потока и длины трубы и уменьшается с увеличением

Рдиаметра трубопровода.

,

где - коэффициент местного сопротивления.

Коэффициент гидравлического трения зависит от режима течения жидкости и

У

шероховатости трубы. Эта зависимость называется законом сопротивления.

Т

Коэффициент местного сопротивления также зависит от режима течения и от

вида и конструктивного исполнения местного сопротивления.

Н

Сравнительный анализ различных гидравлических сопротивлений показывает,

что потери энергии значительно возрастают при резком изменении диаметра

трубы, при резких поворотах и т.п.

Б

Значения коэффициентов сопротивления, как правило, определяются опытным

й

путем и в обобщенном виде содержатся в справочниках в виде эмпирических

формул, таблиц, графиков. В приложении к работе приведены некоторые

данные по гидравлическим сопротивлениям.

более плавного изменения п пе ечн

сеченияго

потока жидкости; устройство

Основные методы снижения

энерг при транспортировании

потерь

спользование труб с гладкой

жидкостей и газов по сложным т убоп оводам:

внутренней поверхностью;

плавных поворотов потока; устройство

Экспериментальная ус ановкаобеспечен

т

азог ев при перекачивании высоковязких

плавных входов и выход в из уб;

жидкостей; введение полимерных д бавок в поток жидкости.

и

через

Схема установки пр ведена на рис. 3.1. Вода из напорного бака 1 проходит

о

входной вентиль 2, магистральный трубопровод 3,

последовательно

участки труб пр вода с резким 4 и плавным 5 поворотами, резким расширением

п

6 и резким сужением 7, диафрагму 8 и сливается в бак 10. Расход воды

регулируется вентилем 9 и определяется по перепаду давления на диафрагме 8 с

е

омощью тарировочного графика. Уровень в баке 1 поддерживается

Р

остоянным с помощью насоса 11.

Пьезометрический напор в жидкости на различных участках трубопровода

определяется по показаниям пьезометрических трубок h1

- h10, выведенных на

общий щит и установленных на исследуемых участках трубопровода.

У

Порядок выполнения работы

Т

1. Включить насос 11 и заполнить напорный бак 1.

Н

2. Открыть вентиль 2 полностью и с помощью вентиля 9 установить заданное

Б

значение расхода воды. Величина расхода определяется по разности h9,10

показаний пьезометров h9 и h10 ( h9,10 = h9 - h10) и тарировочному графику.

й

3. При данном значении расхода снять показания всех пьезометров, данные

занести в табл. 3.1.

ли

4. Изменить расход жидкости и при каждом значении расхода снять показания

р

всех пьезометров, данные занести в табл. 3.1.

5. После выполнения работы зак ыть вент

2 9 и отключить насос.

о

т

Т а б л и ц а 3.1

и

№

з

Показания

пьезометров

о

опыта

h1, мм h2, мм h3, мм

h4, мм

h5, мм

h6, мм

h7, мм

h8, мм

h9, мм

h10,

мм

п

1

е

2

3

Р

Обработка экспериментальных данных

№ опыта

1

2

3

Расход, м3/с

Средняя скорость, м/с

h1,2, м

У

Входной

Т

N1,2, Вт

Н

вентиль

Магистральный

h2,3, м

трубопровод

N2,3,

Вт

й

Резкий поворот на 90о

и

Б

h3,4, м

N3,4,

Вт

о

Плавный

т

р

и

h4,5,

м

поворот на 90о

з

N4,5,

Вт

Резкое

о

h6,7,

м

п

расширение

езкое

N6,7,

Вт

Р

h7,8,

м

сужение

N7,8,

Вт

Диафрагма

h9,10,

м

N9,10,

Вт

3.

У

Определить среднюю скорость воды в трубопроводе V = 4Q/ d2 .

4.

Для каждого значения скорости потока вычислить потери напора по

Т

длине h2,3 = h2 - h3 и на отдельных участках трубопровода (местных

сопротивлениях) в соответствии с табл. 3.2.

5.

Мощность, затрачиваемая на преодоление каждого из гидравлических

сопротивлений, определяется по формуле

Н

.

6.

Провести сравнительный анализ потерь энергии на каждом из участков

Б

сложного трубопровода. Обратить внимание на влияние скорости течения

на потери энергии.

й

и

р

о

т

и

з

о

п

е

Р