Звіт по роботі

1. Короткі відомості з теорії.

2. Принципова схема установки із зазначенням її елементів.

3. Протокол досліджуваних даних.

4. Розрахунки з обробки результатів досліду.

5. Діаграми термодинамічного процесу стиснення повітря в компресорі.

6. Висновки.

Контрольні питання

1. Обчислити питому технічну роботу компресора при ізотермічному і адіабатному стисненні повітря для одного з режимів досліду. Зобразити Р-V діаграму цих процесів.

2. Встановити межі можливих значень показника політропи стиснення для даної компресорної установки.

3. Процес стиснення закінчується в точці b. Поясніть принцип роботи такого компресора.

4. Розрахувати та представити графічно зміну внутрішньої енергії та ентальпії робочого тіла у процесі стиснення.

5. Дайте характеристику особливостей роботи компресора, показник політропи стиснення якого дорівнює 0,9 ( чи 1,8).

6. Скільки літрів стисненого повітря можна отримати за 15 хвилин роботи компресора в умовах першого досвіду?

7. Скільки часу буде потрібно для заповнення стисненим повітрям балона місткістю 50 літрів в умовах одного з дослідів?

8. Як зміниться питома технічна робота компресора, якщо стиск повітря проводиться двоступінчасто з повним проміжним охолодженням до початкової температури при однакових значеннях показника політропи стиснення і ступеня підвищення тиску в кожній ступені компресора.

9. Зобразити Р-V діаграму стиснення в двоступінчастому компресорі. Графічно проілюструвати зміну питомої технічної роботи в порівнянні з одноступеневим стисненням.

Література [1],[3],[5]

Лабораторна робота

Теплопередача через одно- і багатошарові плоскі стінки при стаціонарному режимі та граничних умовах третього роду.

Мета роботи: вивчити теоретичні основи теплопередачі, навчитися визначати теплові втрати, що проходять через одношарову та двошарову плоскі стінки, і порівнювати їх.

Короткі відомості з теорії

Теплопередача - процес передачі тепла від гарячого рухомого середовища до холодного через розділяючу їх стінку. Прикладами теплопередачі через плоскі стінки можуть служити передача теплоти від гарячих газів в нагрівальній печі до холодного навколишнього повітря через кладку печі, передача теплоти від теплого повітря в приміщенні до холодного повітря ззовні будинку через стіни приміщення. Багатошарова стінка відрізняється від одношарової тим, що вона складається з матеріалів з різною теплопровідністю. Якщо стінка має кілька шарів з одного і того ж матеріалу, то вона вважається одношаровою.

Розглянемо теплопередачу через одношарову плоску стінку (рис.6.1)

Рисунок 6.1 Схема теплопередачі через плоску стінку

Процес теплопередачі здійснюється в три стадії. Перша – теплопередача від гарячого теплоносія з температурою t₁ до зовнішньої поверхні стінки с температурою t^'_ст з площею поверхні F шляхом конвективного теплообміну:

(6.1)

де - коефіцієнт тепловіддачі від гарячого середовища до стінки, Вт/(м² К),

Q - кількість переданого тепла, Вт.

Друга стадія - поширення теплоти теплопровідністю через стінку товщиною δ від зовнішньої поверхні з температурою t^'_ст до внутрішньої (більш холодної) з температурою t^''_ст .

(6.2)

де - коефіцієнт теплопровідності матеріалу стінки, Вт/(м∙К);

δ - товщина стінки, м.

Третя стадія - тепловіддача від внутрішньої поверхні стінки з температурою до холодного рухомого середовища з температурою t₂ шляхом конвективного теплообміну:

(6.3)

де a₂ - коефіцієнт тепловіддачі від поверхні стінки до рухомого холодного середовища , Вт/(м∙К).

Конвективний теплообмін являє собою процес, в якому теплота передається одночасно шляхом теплопровідності і конвекції (при теплопровідності перенесення теплоти виникає при безпосередньому зіткненні між частинками тіла, при конвекції теплота розповсюджується шляхом переміщення і перемішування між собою більше та менше нагрітих частинок газу або рідини). З рівнянь (6.1) і (6.3) слідує, що при постійних значеннях F і ( ) при збільшенні a пропорційно збільшується і Q, тобто тепло, отримане стінкою від середовища. Для збільшення a найбільш простим способом є інтенсифікація руху середовища (рідини або газу). Зростання теплообміну пояснюється в цьому випадку переходом від теплопровідності до конвекції (теплопровідність газів і рідин мала), а також зменшенням товщини граничного шару біля стінки, який перешкоджає тепловіддачі.

Конвективний теплообмін - це складний процес, який залежить від великої кількості факторів, які умовно можна розділити на наступні групи:

1 Природа виникнення руху середовища (рідини або газу) вздовж стінки. Розрізняють два види руху. Природна конвекція викликається підйомної силою, зумовленою різницею густин холодних і нагрітих частин середовища. Інтенсивність процесу залежить від виду середовища, різниці температур між окремими його частинами та об’єму простору, в якому протікає процес. Вимушена конвекція обумовлена роботою зовнішніх агрегатів (насоса, вентилятора і т.д.). Якщо швидкість вимушеного руху невелика і є різниця температур між окремими частинами середовища, то поряд з вимушеним рухом може спостерігатися і вільний рух.

2 Режим руху середовища. Рух середовища (рідини або газу) може мати ламінарний або турбулентний характер. У першому випадку частинки рідини у формі окремих струменів, що змішуються додержуються обрисів каналу або стінки, і профіль швидкостей на достатньому віддаленні від початку труби має вигляд правильної параболи. Турбулентний режим характеризується змінною швидкістю руху частинок середовища в даній точці простору. Через безперервне перемішування середовища не можна виділити окремі струмені. Англійський фізик Рейнольдс встановив, що при русі рідини в трубах перехід з ламінарного режиму в турбулентний визначається значенням безрозмірного комплексу , в який входять середня швидкість , діаметр труби , щільність і динамічна в'язкість середовища . Цей комплекс називають числом Рейнольдса і позначають символом Re. При Re ≤ 2300 рух середовища має ламінарний характер, перенесення тепла здійснюється головним чином теплопровідністю. При Re> 10000 режим руху має турбулентний характер, передача теплоти здійснюється в основному за рахунок конвекції.

3 Фізичні властивості середовища. На процес тепловіддачі безпосередньо впливають такі фізичні параметри середовища: теплопровідність λ, питома теплоємність с, щільність , в'язкість і температуропровідність а.

4 Форма, розміри і стан поверхні стінки, що омивається середовищем. Велике значення мають шорсткість стінки, її форма (плита або труба), її розташування (вертикально, горизонтально, похило).

З розглянутих факторів, що впливають на процес тепловіддачі, видно, наскільки складно визначити кількість теплоти, переданої при конвективному теплообміні. Для вирішення даної задачі необхідно вирішити складну систему диференціальних рівнянь, при цьому необхідно додати математичний опис всіх часткових особливостей розглянутої задачі, що називаються крайовими умовами, або умовами однозначності. Останні включають:

1) геометричні умови, що визначають розміри і форму тіла або системи тіл, де протікає процес (у даній лабораторній роботі розглядається конвективний теплообмін між плоскою стінкою і повітрям);

2) фізичні умови, що характеризують фізичні властивості тіл (теплопровідність, теплоємність, в'язкість і т.д.),

3) граничні умови, які описують особливості процесу, що протікає на границях системи з навколишнім середовищем (у даній лабораторній роботі розглядаються граничні умови третього роду, які задаються температурою навколишнього середовища і інтенсивністю теплообміну між поверхнею стінки і середовищем, інтенсивність даного процесу оцінюється коефіцієнтом тепловіддачі а),

4) тимчасові умови, що показують особливості протікання процесу в часі. Для стаціонарних процесів часові умови відпадають (стаціонарний режим характеризується незмінною з плином часу температурою).

Величина Q в рівняннях (6.1), (6.2) і (6.3) однакова, так як тепловий режим стаціонарний, тобто проходить при незмінній з плином часу температурі. Вирішимо три рівняння щодо різниці температур і підсумуємо ліві і праві частини рівнянь:

Тоді теплової потік можна визначити як

Введемо умовне позначення

тоді

(6.4)

Це рівняння теплопередачі від гарячого середовища до холодного через плоску одношарову стінку, де k - коефіцієнт теплопередачі. Його фізичний зміст і розмірність можна визначити з рівняння (6.4):

Коефіцієнт теплопередачі k показує, яка кількість тепла передається від гарячого рухомого середовища до холодного в одиницю часу через одиницю ізотермічної поверхні за різниці температур між середовищами в один градус.

Аналізуючи рівняння для k, можна зробити висновок, що для збільшення коефіцієнта теплопередачі необхідно збільшити коефіцієнти тепловіддачі і , теплопровідність стінки (замінюючи матеріал стінки на більш теплопровідний) і зменшити товщину стінки δ.

Величина, зворотна коефіцієнту теплопередачі k, називається загальним термічним опором плоскої стінки:

Для зменшення втрат тепла через стінку необхідно зменшити коефіцієнти тепловіддачі і теплопровідності, збільшити товщину стінки.

Відношення називають зовнішнім термічним опором, а відношення - внутрішнім термічним опором.

Для багатошарової плоскої стінки внутрішній термічний опір рівний

У даній роботі вивчається процес теплопередачі від гарячого повітря до холодного через розділяючу їх цегляну стінку (одношарову і двошарову).