4.3 Схема та опис лабораторної установки

Лабораторна установка складається з двох частин: установка для виготовлення термопар та установки для визначення сталої часу термопари. Трьохелектродну термопару виготовляють приварюванням трьох електродів до поверхні за допомогою електричної дуги, яка утворюється під час розрядки конденсаторів. Джерело постійного електричного струму (рис. 4.3) через перекидний перемикач заряджає при напрузі 80…100 В блок конденсаторів (для діаметра термоелектрода 0,2…0,3 мм загальна ємність конденсаторів близько 200 мкФ).

Рисунок 4.3 – Схема установки для виготовлення термопари

При переключенні перемикача відбувається розряд конденсаторів через термоелектрод на пластину. Через значний електричний опір в місці контакту термоелектрода та пластини значно підвищується температура і термоелектрод приварюється. Для зварювання термоелектронів між собою термопару занурюють у графітовий тигель із порошком граніту. Тигель та термопара з’єднуються дротами із автотрансформатором. При зануренні термопари у порошок графіту відбувається замикання електричного кола. При протіканні у ньому струму, температура порошку і термоелектродів підвищується, термоелектроди починають плавитися і утворюють спай.

Лабораторна установка для визначення сталої часу термопари (рис. 4.4) складається з сосуда 1 з електронагрівачем, дослідної пластини 2 з термопарами та мілівольтметрів 3.

1 – сосуд з електронагрівачем; 2 – дослідна пластина з термопарами; 3 - мілівольтметр

Рисунок 4.4 – Схема установки для визначення постійної часу термопари

4.4 Порядок виконання роботи

До включення лабораторної установки потрібно перевірити зібрану схему та отримати дозвіл на роботу з установкою.

Підключивши автотрансформатор до електричної мережі, встановлюють напругу 80…100 В і заряджають блок конденсаторів. Потім приварюють термопару до пластини.

Ввімкнувши нагрівач, доводять воду в сосуді до кипіння. Одночасно монтують схему вимірювання. Коли вода закипить, пластину з термопарами занурюють у сосуд та починають вимірювати температуру пластини за допомогою термопар. На основі отриманих результатів розраховують сталу часу для термопари, привареної до пластини при

4.5 Зміст звіту

Звіт повинен містити схему та опис установки для приварювання термопари; схему а опис установки для визначення сталої часу термопари; графік та розрахунки сталої часу; висновки по роботі.

4.6 Контрольні питання

1. Які вимоги треба виконувати, якщо вимірювання температури поверхні теплообміну здійснюється за допомогою термопар?

2. Методи вимірювання температури поверхні теплообміну при електроконтактному нагріванні.

3. Поясніть схему установки.

4. Поясніть метод визначення сталої часу.

5. Поясніть одержані результати та висновки.

Література

1. Стирикович М.А. Методи дослідного вивчення процесів генерації пари / М.А. Стирикович, М.У. Резніков. – М.: Енергія, 1977. – 280 С.

2. Геращенко О.А. Теплові та температурні вимірювання. Довідник / О.А. Геращенко, В.Г. Федоров. – Київ: Наукова думка, 1965. – 250 С.

3. Конспект лекцій.

Лабораторна робота №5

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТІВ ТЕПЛОВІДДАЧІ У ТЕРМОСИФОНІ

Мета роботи: засвоїти методику визначення коефіцієнтів теплообміну в теплопередаючих пристроях, які працюють по принципу випарно-конденсаційного циклу; ознайомитися з роботою термосифону (ТС); одержати дослідним шляхом розподіл температур корпусу ТС для різноманітних режимних параметрів, обчислити коефіцієнти теплообміну в зоні випаровування та конденсації ТТ.

5.1 Теоретичні відомості

Термосифон – це пристрій з високоефективною теплопровідністю, яка в багато разів вища за теплопровідність кращих металевих провідників: срібла, міді, алюмінію. Висока теплопровідність досягається завдяки використанню процесів кипіння та конденсації робочої рідини.

Термосифон представляє собою герметичний вакуумований сосуд, частково заповнений рідиною (теплоносієм). В режимі стаціонарного теплообміну тепловий потік, що підводиться до зони нагріву, призводить до кипіння теплоносія. Потік пари по трубі піднімається до зони охолодження (конденсації). В зоні охолодження відбувається конденсація пари, і конденсат під дією сил тяжіння стікає по стінках термосифона у зону нагріву.

Робота термосифона супроводжується такими фізичними процесами:

- теплообміном між корпусом ТС та навколишнім середовищем (в зонах теплопідводу та тепловідводу);

- теплопровідністю через корпус у радіальному напрямі;

- тепловіддачею від стінок корпусу до теплоносія;

- випаровуванням чи кипінням теплоносія в зоні нагріву;

- конденсацією теплоносія в зоні тепловідводу;

- переносом маси парової фази від випарника до конденсатора та рідкої від конденсатора до випарника під дією масових сил;

- теплопередачею теплопровідністю по стінці ТС в основному напряму від зони нагріву до зони конденсації.

Характерною особливістю термосифонів є те, що вони можуть працювати лише у вертикальному та близькому до такого положеннях при розміщенні зони нагріву нижче зони конденсації.

При незначних густинах теплового потоку, що підводиться до зони нагріву термосифону, передача теплоти відбувається переважно за рахунок теплопровідності по корпусу. При цьому температура в зонах нагріву та конденсації в стаціонарному режимі лишається постійною. При зростанні потужності, що підводиться, на внутрішній поверхні зони нагріву ТС активуються перші центри пароутворення. При цьому деяка кількість теплоносія і пара, що утворилася, виштовхуються із зони нагріву до зони конденсації. Цей процес супроводжується тимчасовим різким зменшенням температури у зоні нагріву у термосифоні і, відповідно різким її збільшенням у зоні конденсації. Пульсації температури мають періодичний характер, причому період коливань є значним. Подальше зростання потужності призводить до того, що на внутрішній поверхні зони нагріву ТС відбуватиметься розвинуте кипіння. Пара постійно надходить із зони нагріву до зони конденсації, перепад температур між зонами нагріву і конденсації зменшується, порівняно із попередніми режимами. Також відбувається суттєве зменшення амплітуди коливань температури у зонах.

Для режиму кипіння коефіцієнт тепловіддачі у термосифоні можна розрахувати за формулою:

тут ρ', ρ" – густини рідини та пари, відповідно, на лінії насичення, кг/м³;

λ – теплопровідність рідини, Вт/м·К;

с_р – теплоємність рідини на лінії насичення, Дж/кг·К;

g=9.81 м/c² – прискорення вільного падіння;

q_F – густина теплового потоку по відношенню до внутрішньої поверхні, Вт/м²;

r – теплота пароутворення, Дж/кг;

μ – коефіцієнт динамічної в’язкості, Па·с;

p – тиск у термосифоні (визначається по температурі у зоні транспорту термосифону), Па;

р_атм – атмосферний тиск, Па.

В зоні конденсації коефіцієнт тепловіддачі можна розрахувати таким чином:

де l_к – довжина зони конденсації, м; - середня температура стінки в зоні конденсації, ºС.