Описание экспериментальной установки.

На рисунке 1 представлена передняя панель установки, на которой находится тумблер сеть (1), тумблер включения нагревателей (2), тумблер (3 и 4), включение измерителей температуры ТРМ-200 (5 и 6). Нагрев цилиндрического образца (11) в печи (7) производится включением диммера (8). Нагрев воды в стеклянной емкости (9) производится включением диммера (10). Перемещение образца (11) из печи в воду производится ползунком (12). Измерители температуры соединены с хромель – копелевыми термопарами (13) – размещенной в центре цилиндрического образца и (14) – размещенной на его образующей. Первый канал измерителя температуры (5) подключен к

термопаре (13). Первый канал измерителя температуры (6) подключен к термопаре (14). Температура воды в стеклянной емкости измеряется термопарой (15), подключенной ко второму каналу, измерителя температуры (6). Тумблер (16) включает вентилятор (17), расположенный на задней панеле установки. Вентилятор служит для вытягивания влажного воздуха из корпуса установки. На направляющей (18) расположен фиксирующий зажим (19) для фиксации положения цилиндра в стеклянной емкости. В опыте цилиндр должен быть погружен в воду на 15 – 35 мм. Величина погружения влияет на продолжительность пленочного кипения воды на стенках цилиндра. На задней панеле установки находится виниловая трубка (20) через которую производится заполнение дистиллированной водой стеклянной емкости (9), до уровня, не превышающего отметки на стенке емкости. В процессе нагрева воды в емкости (9) отверстие в крышке емкости закрывается задвижкой (21). Цилиндрический образец, (11) представляет собой тонкостенную оболочку из нержавеющей стали, внутри которой запрессован медный цилиндр.

 

Подготовка установки к работе.

       1. Заземлить установку, с помощью винта заземления, находящегося на задней панеле установки.

       2. Залить дистиллированную воду в стеклянную емкость (9), до отметки, обозначенной на стенке емкости, через виниловую трубку (20). (уровень воды в стеклянной емкости должен находиться на расстоянии 4 – 5 сантиметров от верхней крышки емкости).

       3. Подключить установку к евроразетке через евровилку. Проверить заземление установки с помощью тестера.

 

Порядок выполнения работы.

       1. Включить установку тумблером «Сеть» (1).

       2. Включить тумблером (2), электропитание диммеров установки.

       3. Поместить в электрическую печь (7) образец (11), с помощью ползунка (12). Нижнее основание цилиндрического образца должно находиться на уровне нижнего основания печи.

4. Включить диммером (10) «Нагрев воды», нагреватель стеклянной емкости (9). (Включение диммера производить в следующем порядке: нажать правую сторону клавиши диммера, при этом должна отключиться неоновая лампочка клавиши, повернуть, со щелчком, круглый регулятор мощности диммера по часовой стрелке.)

5. Включить вентилятор (17) с помощью тумблера (16).

6. Включить электропитание печи (7), с помощью диммера (8) «нагрев образца». (Включение диммера производить в следующем порядке: нажать правую сторону клавиши диммера, при этом должна отключиться неоновая лампочка клавиши, повернуть, со щелчком, круглый регулятор мощности диммера по часовой стрелке.)

7. Установить регулятор мощности диммера (10) в среднее положение.

8. Включить измерители температуры (5 и 6), с помощью тумблеров (3 и 4).

9. Нагреть воду в емкости (9) до кипения, контролируя её температуру с помощью измерителя (6).(При вскипании жидкости в емкости уменьшить мощность нагревателя с помощью диммера (10), поворотом его круглой ручки против часовой стрелки до щелчка. В дальнейшем необходимо поддерживать температуру воды в емкости на уровне 95 – 98 С, периодическим включением диммера поворотом ручки.)

10. Нагреть образец (11) до температуры 450 С контролируя температуру по измерителю температуры (5). (При достижении данной температуры выключить нагреватель печи с помощью диммера (8), поворотом его круглой ручки против часовой стрелки до щелчка.)

11. С помощью ползунка (12) опустить образец (11) в воду, на глубину установленную с помощью фиксатора (19) (15 – 35 мм).

12. Произвести отсчет показаний термопар (13 и 14), с помощью измерителя температуры (5) через равные промежутки времени (2 – 5 секунд).

13. Охладить образец (11) до температуры жидкости в емкости (9).

14. С помощью клавиш диммеров (8 и 10) отключить нагреватели печи и емкости.

15. С помощью тумблера (2) отключить электропитание диммеров (8 и 10).

16. С помощью тумблеров (3 и 4) отключить электропитание измерителей температуры (5 и 6).

17. С помощью тумблера (1) отключить электропитание установки.

 

Данные установки.

           

       Диаметр стальной ампулы 25 мм.

Масса стальной ампулы 0,075 кг.

       Масса медного цилиндра 0,235 кг.

           

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9.

ИЗУЧЕНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ПРИ ВЫНУЖДЕННОМ ТЕЧЕНИИ НАГРЕТОЙ ЖИДКОСТИ В ТРУБЕ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ (вариант,,труба в трубе’’)

1.Цель работы:

Экспериментальное определение коэффициента теплопередачи при вынужденном течении теплоносителя.

Теоретические основы работы

В данной работе изучается теплообменный аппарат, в котором теплоносители находятся в однофазном состоянии и не контактируют друг с другом непосредственно. Такие аппараты называют поверхностными теплообменниками или рекуперативными. Установка позволяет осуществить две простых схемы движения теплоносителей: прямоточная (теплоносители движутся в одном направлении) и противоточная (теплоносители движутся в противоположных направлениях). Целью данной работы является экспериментальное определенного коэффициента теплопередачи от «горячего» теплоносителя к «холодному» и сравнение его с расчетной величиной.

Тепловой поток, отдаваемый горячим теплоносителем рассчитывается по формуле

                                        

                   (1)

 

Воспринимаемый тепловой поток холодным теплоносителем считается аналогично

 

   (2)

 

, где t₁ и t₂ – температуры горячего и холодного теплоносителей соответственно. Индексы «штрих» и «два штриха» - соответствуют условиям на входе и выходе.

Cp₁ и Cp₂ – изобарные теплоемкости теплоносителей (в данном случае величины можно принять равным 4180 Дж/(кг*К), поскольку теплоносителем является вода, а в рабочем интервале температур её теплоемкости слабо отличается от вышеприведенной величины)

G₁ и G₂ – массовые расходы теплоносителей (кг/с)

,                         (3)

 где V – объемный расход (м³/c);

плотность воды (принять 994 (кг/м³).

Отношение (4) - КПД теплообменника.

 

                              (4)

Тепловой поток в окружающую среду (потери тепла) определяется разностью

 

 

.         (5)

 

Для точности дальнейшего расчета воспользуемся средней между ними величиной.

              (6)

 

Уравнение теплопередачи для цилиндрического теплообменника будет выглядеть следующим образом

 ,                     (7)

где l – длинна поверхности теплообмена (длинна наименьшей между внутренней и внешней трубой)

 

Среднелогарифмический температурный напор равен

 

 

    ,             (8)

 

где ΔT_Б и ΔT_М – большая и меньшая разница температур в концевых сечениях теплообменника (независимо от схемы движения теплоносителей), то есть

 

                             

ΔT₁ = t₄ – t₁ ; ΔT₂ = t₃ – t₂ , если ΔT₁ > ΔT₂ значит ΔT_Б=ΔT₁;

ΔT_М = ΔT₂, тогда коэффициент теплопередачи будет равен:

 

                         (9)

Формула (9) используется для экспериментального определения коэффициента теплопередачи.