6. Склад звіту

Звіт записується на подвійному аркушу учнівського зошита, в нього вносяться:

6.1. Мета і задача роботи.

6.2. Схема і цикл холодильної установки і короткий опис їх роботи.

6.3. Таблиця виміряних параметрів, табл.5.1.

6.4. Таблиця розрахункових величин, табл.5.2.

6.5. Висновки по роботі.

3. 7. Контрольні питання для самоперевірки

7.1. Пояснити роботу зворотного теплового циклу.

7.2. Дати визначення холодильному коефіцієнту.

7.3. Що називають холодопродуктивністю? Від яких параметрів вона залежить?

7.4. Назвіть види теплоприпливів, які враховуються при розрахунку холодопродуктивності.

7.5. Запишіть формулу для визначення середньої температури кипіння холодоагенту за цикл.

7.6. Опишіть роботу схеми і циклу холодильної установки.

7.7. Порядок проведення лабораторної роботи.

7.8. Які параметри і якими приладами проводяться вимірювання при виконанні роботи.

7.9. По яким формулам розраховують теоретичний і дійсний холодильні коефіцієнти.

7.10. Як розраховується робота циклу і кількість теплоти віддана гарячому джерелу?

8. Л І Т Е Р А Т У Р А

8.1. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. - М.: Наука, 1979 - 512 с.

8.2. Мальгина В.В., Мальгин Ю.В. Холодильные машины и установки. - М.: Пищевая промышленность, 1973.

8.3. Зелковский П.Х., Каплан Л.Г. Справочник по малым холодильным машинам и установкам. - М.: Пищевая промышленность, 1968.

8.4. Швец И.Т., Толубинский В.И. и др. Теплотехника. – К.: Вища школа, 1976.

8.5. Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. - М.: Энергия, 1972 - 317 с.

Лабораторна робота № 6

Дослідження процесу тепловіддачі при вимушеному руху повітря в круглій трубі

1. Мета і задача роботи

Мета роботи – засвоєння теоретичних знань по розділу “Конвективний теплообмін”.

Задача роботи – експериментальне визначення коефіцієнту тепловіддачі при вимушеному русі повітря в трубах.

2. Теоретичні викладки до роботи

Тепловіддача уявляє собою процес переносу теплоти конвекцією, теплопровідністю і тепловим випромінюванням між стінкою і газом (рідиною), або навпаки. Для розрахунку процесів тепловіддачі застосовується рівняння Ньютона-Ріхмана.

Q = ^. F (t_с - t_р) (6.1)

де Q - тепловий потік, Вт.

F - поверхня теплообміну, м².

t_с, t_р - температура стінки і рідини, ^оС.

 - коефіцієнт тепловіддачі, Вт/(м²К).

Із рівняння Ньютона-Ріхмана коефіцієнт тепловіддачі визначається:

(6.2)

Коефіцієнт тепловіддачі чисельно дорівнює кількості теплоти, яка переноситься в одиницю часу через одиницю площі поверхні в 1м² при різниці температур в 1 градус.

Коефіцієнт тепловіддачі залежить від багатьох факторів. До основних можна віднести залежність коефіцієнту від теплофізичних властивостей рідини, форми і розмірів поверхні, її розміщення у просторі, природи виникнення руху середовища, швидкості руху, тощо.

Якщо рух середовища виникає під дією різниці густин нагрітих і холодних обємів рідини, то такий рух називають вільним, або природною конвекцією. Рух середовища під дією вентилятору, насосу, або сил, які завдають напрямлений рух рідини, називають вимушеною конвекцією.

Розрізняють місцевий (локальний) і середній коефіцієнти тепловіддачі. Локальний коефіцієнт тепловіддачі визначається для елементу поверхні, а середній - для всієї поверхні.

Рух рідини може бути ламінарним, перехідним і турбулентним. При ламінарному русі частинки рідини рухаються паралельними шарами, не перемішуючись. При турбулентному русі шари рідини безперервно перемішуються з виникненням турбулентних вихрів. В перехідному режимі рідина рухається як паралельними шарами, так і з появою турбулентних вихорів. Гідродинамічний режим руху рідини визначається величиною безрозмірного критерію (число) Рейнольдса (Re). Для течії рідини по трубах :

(6.3)

де  - швидкість руху рідини, м/с.

d - внутрішній діаметр труби, м.

 - коефіцієнт кінематичної вязкості, м²/с.

При Re  Re_кр = 2300 - режим ламінарний.

Re_кр1 = 2300  Re  Re_кр2 = 1 ^. 10⁴ - режим перехідний.

Re  Re_кр2 = 1 ^. 10⁴ - режим турбулентний.

Числа Re_кр1 = 2300 і Re_кр2 = 1 ^. 10⁴ називають критичними числами (критеріями) Рейнольдса.

Математичний опис процесів конвективного переносу теплоти здійснюється за допомогою безрозмірних комплексів. Ці комплекси складаються з величин, які входять в диференційні рівняння та умови однозначності. Комплексам присвоєні імена вчених, які внесли вагомий вклад в розвиток науки.

Розглянемо ці комплекси, які називають ще критерії, або числа подібності.

1. Критерій Нуссельта - Nu_. Характеризує теплообмін на розподілу стінка - рідина.

(6.4)

де - коефіцієнт тепловіддачі, Вт/(м²К).

_р - коефіцієнт теплопровідності рідини, Вт/(мК).

l - визначальний розмір, для круглих труб визначальним розміром є діаметр труби d.

2. Критерій Пекле - Ре. Характеризує вплив на теплообмін. Дорівнює співвідношенню між кількістю теплоти перенесеному конвекцією і теплопровідністю:

(6.5)

де - коефіцієнт температуропровідностi рідини, м²/с;

с - теплоємність Дж/(кгК);

 - густина, кг/м³.

3. Критерій Грасгoфа - Gr. Характеризує вплив на теплообмін співвідношення між підйомною силою і силою вязкості:

(6.6)

де g = 9,81 м/с² - прискорення сили вільного падіння.

- коефіцієнт обємного розширення.

 t = t_с - t_р - різниця температур між стінкою і рідиною.

Визначальним розміром є діаметр труби d.

4. Критерій Прандтля - Рr. Характеризує вплив на теплообмін теплофізичних властивостей рідини.

(6.7)

Функціональна залежність між критеріями подібності називається критеріальним рівнянням. Частіше за все ці рівняння записують у вигляді степеневої залежності, наприклад:

(6.8)

де с - постійний коефіцієнт.

n,m,k - показники степені.

При русі рідини в трубах розрізняють такі режими:

1. Вязкісний - характеризується відсутністю впливу вільної конвекції на теплообмін. Має місце при R_e  2300 і Gr^.Рr8^.10⁵. Середні коефіцієнти тепловіддачі розраховуються за рівнянням:

(6.9)

де _с, _р - коефіцієнти динамічної вязкості, μ_р - визначається при t = t_с -t_л/2,

t_с - середня температура стінки.

t_л – середньологарифмічний температурний напір.

_с - визначається при середній температурі стінки.

_l - поправка на ділянку гідродинамічної стабілізації потоку при l/d  50 _l = 1.

2. В'язкісно - гравітаційний - характеризується впливом на теплообмін вільної конвекції. Має місце при Rе2300 і Gг^.Pг8^.10⁵. Середні коефіцієнти тепловіддачі розраховуються за рівнянням:

Nu = 0,15 ^. Rе^{0,33 .} Рr^0,33(Gr^. Рr)^{0,1 .} (Рr_р/Рr_с)^0,25, (6.10)

де Рr_р і Рr_с визначаються з однієї і тієї ж cамої таблиці. Тільки для Рr_р визначальною температурою є середня температура рідини у трубі, а для Рr_с - температура стінки. Відношення (Рr_р/Рr_с) враховує зміну в'язкості рідини у процесах нагрівання і охолодження.

3. Турбулентний - характеризується інтенсивним перемішуванням рідини так, що вільна конвекція не в змозі впливати на теплообмін. Розрахункове рівняння:

Nu = 0,021 ^. Rе^{0,8 .} Рr^{0,43 .} (Рr_р/Рr_с)^0,25. (6.11)

Для всіх критеріальних рівнянь (6.9, 6.10, 6.11) визначальною температурою є середньоарифметична температура рідини між входом і виходом:

t = 0,5(t_вх. + t_вих.). (6.12)

Для повітря рівняння (6.11) спрощується:

Nu = 0,018 ^. Rе^0,8 . (6.13)