Обработка результатов опытов

По среднему значению термопар, определяется величина средней температуры по поверхности цилиндра (трубки) t_с.

, ºС (2.2)

где: n - количество измерении.

Тепловой поток, передаваемый трубкой путем конвекции, определяется из равенства

, (2.3)

где: - полный тепловой поток, который передаётся от нагревателя.

, Вт (2.4)

где: - поправка на тепловое излучение трубки, определяется по формуле

, Вт (2.5)

где  - степень черноты поверхности трубки, в диапазоне температур t = 40 - 260 °С;  = 0.07 - 0.1;

- коэффициент излучения абсолютно чёрного тела;

F - площадь поверхности трубки, м ;

- абсолютная температура окружающей среды и поверхности трубки соответственно, К.

Результаты экспериментов представляются графически в виде зависимости , где . Полученные результаты можно использовать и для других процессов, но необходимо экспериментальные данные обобщить и представить их в критериальном виде

. (2.6)

Обычно это уравнение имеет вид

, (2.7)

где: и n - экспериментальные постоянные;

. - критерий Нуссельта;

. - критерий Релея;

. - критерий Грасгофа;

. - критерий Прандтля;

d –диаметр трубки (определяющий размер), м;

- коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/(м·К);

- ускорение свободного падения м/с²;

- температурный коэффициент объемного расширения воздуха. К^-1;

- кинематическая вязкость воздуха.

- коэффициент температуропроводности воздуха, м²/с.

Теплофизические свойства воздуха определяются из приложения 4 при средней температуре воздуха , ºС.

Результаты расчетов вносятся в протокол результатов табл.2.2

Таблица 2.2

Форма протокола результатов

№ п/п	tc, ºC	tж, ºC	Δt= tc- tж, ºC,	К-1	Вт/(м·К)	м3/с	Nuж	Raж	lgNu	Gr

Для определения постоянных коэффициентов (С и n) следует прологарифмировать критериальное уравнение (7);

. (2.8)

Результаты вычислений заносятся в табл. 2.2. По вычисленным значениям log Nu log Ra строится зависимость log Nu = f (log Ra)_, которая в случае С = const, n = const - является линейной.

Постоянная n определяется как тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс; .

Постоянная С для каждого опыта определяется из выра­жения

. (2.9)

3а окончательное значение коэффициента С принимается среднеарифметическое значение по результатам всех опытов.

Работа заканчивается построением критериального уравнения

. (2.10)

ОТЧЁТ О РАБОТЕ ДОЛЖЕН СОДЕРЖАТЬ

1. Краткое описание работы.

2. Принципиальную схему установки.

3. Протокол измерений (табл. 2.1).

4. Обработку результатов эксперимента (табл. 2.2).

5. Графики зависимостей: ; ; .

6. Критериальное уравнение .

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое свободное движение?

2. Дать определение естественной конвекции?

3. От чего зависит количество теплоты, переносимое при естественной конвекции?

4. Физический смысл критерия Nu?

5. Физический смысл критерия Ra?

6. Физический смысл критерия Gr?

7. Физический смысл критерия Рг?

8. Коэффициент теплоотдачи, физический смысл, формула, размерность?

Лабораторная работа № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА НА ЭВМ

Основной задачей расчета горения топлива является составление уравнений материального и теплового балансов процесса горения [4].

Материальный баланс служит для определения необходимого количества воздуха для полного сгорания 1 кг (1м^З) топлива и объема образующихся при этом продуктов сгорания. На основании стехиометрических уравнений горения теоретический расход воздуха для сгорания 1 кг твердого или жидкого топлива определяется по формуле:

, (3.1)

Аналогично для газообразного топлива:

(3.2)

Продукты полного сгорания топлива содержат 3-х атомные газы ( и ), азот ( ) и водяной пар ( ). Теоретический объем продуктов сгорания определяется из соотношения:

м^З/кг (м^З/м^З) (3.3)

где ; ; ; - теоретический выход 3-х атомных газов, азота и водяного пара соответственно, м^З/кг (м^З/ м^З).

При сжигании твердого или жидкого топлива теоретический выход компонентов продуктов сгорания определяется по формулам:

,м^З/кг (3.4)

,м^З/кг (3.5)

, м^З/кг (3.6)

Аналогично при сжигании газообразного топлива:

, м³/м³ (3.7)

, м³/м³ (3.8)

, м³/м³ (3.9)

Действительный выход продуктов сгорания, т.е. при сжигании топлива с коэффициентом избытка воздуха , определяется из соотношения:

, м^З/ кг (м^З/ м^З). (3.10)

Целью расчета теплового баланса процесса горения является определение температуры горения, которая зависит от теплоты сгорания топлива, физической теплоты компонентов горения, коэффициента избытка воздуха, степени диссоциации продуктов сгорания и величины тепловых потерь. На практике действительная температура горения определяется по формуле:

°С (3.11)

где - калориметрическая (адиабатная) температура горения, °С;

- пирометрический коэффициент установки.

Калориметрическая температура горения рассчитывается без учета эндометрических реакций диссоциации продуктов сгорания и тепловых потерь. Она может быть определена из следующей системы уравнений:

(3.12)

где: - теплота сгорания топлива, кДж/кг (кДж/м^З);

- физическая теплота компонентов горения, кДж/кг, (кДж/м^З);

- энтальпия продуктов сгорания, кДж/кг (кДж/м^З);

- энтальпия соответствующего компонента в продуктах сгорания и воздуха, кДж/м^З.

С труктурная схема построения алгоритма

Описание программы

Программа реализует алгоритм, соответствующий расчетным зависимостям (4.1 - 4.12.) На рисунке представлена схема алгоритма.

В блоке 1 производится ввод исходных данных . B блоке 2 в соответствии с численным значением метки ( - твердое (жидкое) топливо, - газообразное топливо) управление передается на блок 3 или 5 соответственно. Затем в блоках 4 или 6 вычисляются объемы трехатомных газов, азота и водяных паров, а в блоке 7 - объем продуктов сгорания. В блоках 8 и 9 вычисляются теплота, вносимая в зону горения с топливом и воздухом, и энтальпия продуктов сгорания. Вычисление калориметрической температуры горения осуществляется методом последовательных приближений в цикле из блоков 9-11.

При исследовании зависимости калориметрической температуры от и , вводятся новые значения этих величин и управление передается на блок 7 (на рисунке не показано).

Порядок выполнения работы

Ознакомившись с алгоритмом и текстом программы, вводят ее в память ЭВМ. Правильность ввода проверяется тестированием с помощью контрольного примера. Затем для заданного топлива проводится исследование зависимостей калориметрической температуры горения от коэффициента избытка воздуха и его температуры (вид топлива, диапазон варьирования исходных параметров задается преподавателем).

На основании проведенных расчетов строят графики зависимостей ; и проводится их анализ.

Контрольные вопросы

1. Как определяется теоретический и действительный расходы воздуха, от чего они зависят?

2. Из каких компонентов состоят продукты сгорания орга­нического топлива, от чего зависит их объем?

3. Что называется температурой горения топлива, от чеп> она зависит?

4. Что называется жаропроизводительностью топлива?

7. Как определяется энтальпия продуктов сгорания ?

Лабораторная работа №4

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МУФЕЛЬНОЙ ПЕЧИ