Дослідження тепловіддачі опалювальних приладів

 

Мета роботи: ознайомлення студентів з основними методами визначення коефіцієнтів теплопередачі різних опалювальних приладів при різних температурах води, що гріє, витрати теплоносія через приладі схеми руху води через прилад (знизу-догори, зверху-донизу, знизу-донизу), Виконання цієї роботи повинно сприяти більш повному розумінню процесів тепловіддачі опалювальних пристроїв.

2.1. Теорія питання

Передача тепла від теплоносія в приміщеннях відбувається через стінку опалювального приладу. По відомій формулі теплопередачі потужність теплового потоку Q пропорційна площі тепловіддачі і різниці температур теплоносія, розділених стінкою, вт або КДж/годину:

. (2.1)

Коефіцієнт пропорційності К називають коефіцієнтом теплопередачі і величиною, зворотною термічному опору, Вт/(м²∙ºС):

, (2.2)

де: α_в - коефіцієнт тепловіддачі від теплоносія до стінки опалювального приладу, Вт/(м²∙ºС); α_н - коефіцієнт тепловіддачі від стінки до повітря приміщення, в якому встановлений прилад, Вт/м²∙ºС; δ – товщина стінки приладу, м; λ – тепло-провідність матеріалу, з якого зроблено прилад, Вт/м²∙ºС.

З другого боку, з формули (1) слідує, що:

. (2.3)

Таким чином, коефіцієнт теплопередачі - це кількість тепла, яка проходе через 1 м² стінки приладу у простір приміщення, в якому встановлено прилад, при різниці між середньою температурою теплоносія в приладі і повітрям приміщення 1^оС.

З цього визначення випливає, що коефіцієнт теплопередачі є основною теплотехнічною характеристикою опалювального приладу.

Другою характеристикою опалювального приладу є тепловіддача опалювального приладу з одного екм: q_е, Вт/екм або КДж/Г-екм.

Важливим техніко-економічним показником опалювальних приладів є теплова напруга приладів «m», т.т. маса металу, що припадає на 1 екм поверхні приладу:

,

де: m – маса опалювального приладу, кг; f_e – умовна поверхня опалювального приладу, екм.

Основним фактором, що впливає на величину коефіцієнта теплопередачі опалювального приладу і умови його експлуатації. Конструктивні особливості визначаються типом приладу і засобом його встановлення. Так, наприклад, загальний коефіцієнт теплопередачі не дрібних ребристих труб, розміщених одна над одною, менше ніж коефіцієнт теплопередачі однієї труби.

Вплив умов експлуатації визначається, в основному, величиною температурного напору (t_пр – t_в), а також, в меншому ступені, швидкістю руху води біля внутрішньої поверхні стінок приладу, або, що теж само, кількістю води, що перетікає через прилад.

Теоретичний розрахунок коефіцієнта теплопередачі опалювального приладу складається з теплопередачі конвекції, котра залежить від швидкості руху повітря біля приладу і тепловіддачі випромінюванням, котра залежить від температури і характеру поверхні тих огороджень, які будуть сприймати випромінювання опалювального приладу та ін.

Тому коефіцієнт теплопередачі опалювальних приладів зазвичай визначають дослідним шляхом.

У відповідності до формули (1) коефіцієнт теплопередачі опалювального приладу визначають з вираження, Вт/м²∙^оС:

_, (2.4)

де: t_вх – температура теплоносія на вході в прилад, ^оС; t_вих – температура теплоносія на виході з приладу, ^оС; F_пр – тепловіддача поверхня опалювального приладу, ^оС; Q_пр – кількість тепла, що віддає прилад за 1 сек, Вт.

Поверхня опалювального приладу F приймається за довідниковими даними, температура теплоносія при вході t_вх та на виході t_вих з приладу і температура t_в вимірюються термометрами, а значення Q_пр можна визначити за формулою, Вт:

Q_пр=с ^. G_пр∙(t_вх - t_вих), (2.5)

де: С – теплоємність води, 4187 Дж/кг∙^оС; G_пр – витік води через прилад, кг/сек, кг/год.

Витік води через прилад можна визначити різними засобами. Найбільш зручним є засіб вимірювання за допомогою вимірювальної шайби з манометром (див. рис. 1.), встановленої на підводі до випробуваного приладу, по перепаду тиску ΔН перед вимірювальною шайбою та після неї.

Рис. 2.1. Схема водоміру

1 – трубопровід; 2 – вимірювальна шайба; 3 – U-подібний манометр; 4 – ртуть або інша рідина; 5 – штуцер для приєднання манометру.

 

За формулою для водоміру, кг/с:

, (2.6)

де: ρ – щільність рідини (води), що протікає через вимірювальну шайбу і яка визначається за додатком 2, в залежності від температури води, кг/м³; ρ_тар – щільність рідини при температурі під час тарування, кг/м³; β – тарувальний коефіцієнт, який визначається дослідним шляхом.

Витік води через прилад можна визначити безпосередньо зважуючи на вагах воду в посуді, куди вона витікає через прилад за деякий час (вимірюється секундоміром).

За відсутності вагів можливо виміряти об’єм води за допомогою мірного посуду, а потім помножити його на щільність води ρ, кг/год., тобто:

G=V∙ρ, (2.7)