Министерство сельского хозяйства
Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Ярославская государственная сельскохозяйственная
академия
Кафедра технического сервиса
Несиоловский О.Г.
Методические указания по лабораторным работам, расчетным заданиям и задачам по дисциплине «Теплотехника»
Для студентов, обучающихся по направлению 110800.62 «Агроинженирия»
(Профили «Машины и оборудование в агробизнесе», «Технический сервис в АПК», «Электрооборудование и электротехнологии в АПК»)
Ярославль 2013
Методические указания по лабораторным работам, расчетным заданиям и задачам по дисциплине «Теплотехника» составлены на основе ФГОС ВПО и учебной программы «Теплотехника». Предназначены для студентов инженерного факультета очной и заочной форм обучения по направлению 110800.62 «Агроинженирия» (Профили «Машины и оборудование в агробизнесе», «Технический сервис в АПК», «Электрооборудование и электротехнологии в АПК»).
Рекомендованы к изданию Учёным советом инженерного факультета ФГБОУ ВПО «Ярославская ГСХА».
Методические указания подготовлены профессором кафедры технического сервиса О.Г. Несиоловским.
Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании учебно – методической комиссии инженерного факультета (протокол № от ) и Учёным советом инженерного факультета ФГБОУ ВПО «Ярославская ГСХА» (протокол № от )
Рецензенты:
В.В. Морозов – доцент кафедры электрификации ЯГСХА, к. ф – м. н.
А.А. Павлов - доцент кафедры ДВС ЯГТУ, к.т.н.
Методические указания по лабораторным работам, расчетным заданиям и задачам по дисциплине «Теплотехника»
Для студентов, обучающихся по направлению 110800.62 «Агроинженирия»
(Профили «Машины и оборудование в агробизнесе», «Технический сервис в АПК», «Электрооборудование и электротехнологии в АПК»)/ О.Г. Несиоловский.-Ярославль: ФГБОУ ВПО «Ярославская ГСХА»,2013.- 53 с.
Методическое пособие содержит лабораторный практикум, расчетные задания, задачи, вопросы для самоконтроля, а также основные формулы необходимые для выполнения расчетных заданий и решения задач.
Введение
В теплотехнике, как и в любой общетехнической дисциплине, важно дать как теоретические основы знаний, так и навыки исследовательской работы и инженерных расчетов. Настоящее пособие содержит лабораторный практикум, расчетные задания, теплотехнические задачи призванные развивать практические навыки при изучении теплотехники. В конце пособия приведены контрольные вопросы, позволяющие студентам всех форм обучения контролировать процесс изучения теплотехники.
При выполнении лабораторных работ, для полноценного изучения тем, студент обязан иметь с собой конспекты лекций и учебник по теплотехнике.
Процесс изучения дисциплины «Теплотехника» направлен на формирование элементов компетенции ПК-3- Способность решать инженерные задачи с использованием основ термодинамики и тепломассообмена; знанием устройства и правил эксплуатации теплотехнического оборудования.
Содержание
Введение..................................................................................... 3
1. Лабораторные работы………………………………………..5
2.Расчетные задания………………………………………….. 27
2.1.Газовый цикл……………………………………………… 27
2.2.Теплопроводность при стационарном режиме..................28
3.Задачи………………………………………………………….32
3.1 Термодинамика……………………………………………..32
3.2.Теория теплообмена………………………………………. 42
4.Вопросы для самоконтроля…………………………………..44
Приложения……………………………………………………..49
Список литературы…………………………………….……….53
1. Лабораторные работы.
РАБОТА №1
Определение коэффициента теплоотдачи при свободном движении воздуха
Процесс теплообмена между поверхностью твёрдого тела и окружающей жидкой или газообразной средой называется теплоотдачей.
Количество тепла, которым обменивается тело с окружающей средой за секунду, или мощность теплового потока, согласно закону Ньютона, пропорциональна разности температур между поверхностью тела Тn и окружающей среды Тс и величине поверхности тела F, т.е.
N = (Tn-Tс) F, Вт. (1)
Коэффициент пропорциональности называется коэффициентом теплоотдачи и характеризует интенсивность теплообмена между телом и окружающей средой. Коэффициент теплоотдачи равен количеству теплоты, передаваемой 1м2 поверхности тела при разности температур между поверхностью и средой в 1 градус. Размерность коэффициента теплоотдачи:
Коэффициент теплоотдачи зависит от большого количества факторов, определяющих условия взаимодействия тела с окружающей средой (скорость и характер движения среды, её температурные свойства, размеры и конфигурация тела, температура поверхности тела и окружающей среды и т.д.).
Количество тепла, которым обменивается поверхность тела и окружающая среда, складывается из тепла, передаваемого непосредственным соприкосновением среды с поверхностью тела (конвекция, теплопроводность) и из тепла, передаваемого путём теплового излучения. В соответствии с этим общий коэффициент теплоотдачи равен сумме коэффициента теплоотдачи соприкосновением с и коэффициента теплоотдачи лучеиспусканием л, т.е.
= с + л, Вт/м2*град (2)
Цель работы: экспериментальное определение коэффициента теплоотдачи при свободном движении воздуха в неограниченном пространстве. Расчётным путём определяются коэффициенты с и л.
Методика
Коэффициент теплоотдачи находится из уравнения (1).
Количество тепла, передаваемое с поверхности в окружающую среду за секунду, определяется по мощности электронагревателя.
N = Iн *Uн (Вт), (3)
где Iн – сила тока в цепи нагревателя, А;
Uн – напряжение на зажимах нагревателя, В.
С целью определения средней температуры поверхности трубы с помощью термопар измеряется температура в нескольких точках поверхности.
У
дельный
поток тепла, передаваемого путём
теплового излучения, определяется по
уравнению Стефана-Больцмана:
где С – приведённый коэффициент лучеиспускания, Вт/м2*оК4 при тепловом излучении в неограниченном пространстве. С принимается равным коэффициенту лучеиспускания излучающей поверхности С1, который определяется соотношением:
С1 = С0 (5),
где - степень черноты поверхности тела.
В нашем случае в интервале температур от 323 до 773оК сильно окислённый алюминий имеет = 0.2 – 0.3, а алюминиевая краска при Т = 323оК - = 0.5; для окисленной стали = 0.8.
С0 – коэффициент лучеиспускания абсолютно чёрного тела, равен 5.7 Вт/м2оК4.
Коэффициент теплоотдачи излучением определяется по уравнению:
qл = л(Tn – Tc), Вт/м2 (6)
Описание установки (см. рис.)
В горизонтально установленной стальной трубе 1 расположен электронагреватель 2, в цепь которого подключается амперметр 3 и вольтметр 4.
Температура трубы измеряется с помощью термопар 5.