І.В.Коваленко

В.В. Малиновский

Навчальні дослідження процесів, машин та апаратів хімічних виробництв

Затверджено Міністерством освіти і науки України як навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів, які навчаються за напрямами «Інженерна механіка», «Хімічна технологія та інженерія»

Київ 2006

Навчальні дослідження процесів, машин та апаратів хімічних виробництв:

Навчальний посібник / І.В.Коваленко, В.В. Малиновский. – К.: …….,2006. – с.: іл. – Бібліогр.: с……….

ISB№ 5-7763-0918-2

У посібнику розкриваються основи навчальних досліджень з навчального курсу «Процеси та апарати хімічних виробництв», подано рекомендації щодо узагальнення й обробки дослідних даних, методів розрахунку. Всі роботи забезпечено широким довідковим матеріалом.

Призначений для студентів вищих навчальних закладів, які навчаються за напрямами «Інженерна механіка», та «Хімічна технологія та інженерія», може бути використаний ними на лабораторних і практичних заняттях, для проведення навчальної дослідницької роботи.

Іл……….Табл…..Бібліогр: назв

Рецензенти

В.П.Сербін. д-р техн.. наук, професор Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут»

М.П. Гандзюк, д-р техн.. наук, професор Національного університету харчових технологій

© І.В.Коваленко, В.В. Малиновский

Під час проходження практики з навчальної дисципліни "Процеси та апарати хімічних твиробництв" студенти повинні не тільки набути практичних навичок, а пов’язати теоретичні положення з практичними завданнями галузі. Роботи мають дослідницький характер, прищеплюють навички самостійної роботи з конкретними машинами, апаратами, вимірювальними приладами, обчислювальною технікою, охоплюють основні розділи курсів.

У результаті виконання робіт студенти повинні навчитися планувати експеримент, аналізувати результати, оцінювати їхню точність, узагальнювати й переносити їх на подібні явища і робити правильні висновки про шляхи інтенсифікації того чи іншого процесу й економії енергетичних ресурсів у хімічній промисловості, на хімічних виробництвах

1. Дослідження процесу теплопровідності плоскої багатошарової стінки в стаціонарному режимі

Мета роботи – виконати експериментальне дослідження процесу теплопровідності плоскої багатошарової стінки в стаціонарному тепловому режимі; розрахувати теплопровідність матеріалів багатошарової стінки; виконати теоретичний розрахунок температурного поля плоскої багатошарової стінки; порівняти експериментальні дані з результатами розрахунку.

1. Основні теоретичні положення

Розглядаючи випадок, коли в процесі передавання теплоти крізь багатошарову плоску стінку для однієї її поверхні задано граничні умови другого роду у вигляді /коли: /, для другої – коефіцієнт теплопередачі і температуру навколишнього середовища , тобто граничні умови третього роду [1; 3].

Завдання зводиться до знаходження розподілу температури в кожному шарі стінки і на межах між шарами, коли відомі коефіцієнти теплопровідності кожного шару, а також до знаходження температур на її зовнішніх поверхнях.

З огляду на стаціонарність теплового режиму записуємо систему рівнянь [3]:

/1.1/

Якщо має задане значення, то

; /1.2/

. /1.3/

Температура на поверхні між шарами

; /1.4/

. /1.5/

Коефіцієнт тепловіддачі на повітрі

, /1.6/

де Q – потужність теплового потоку нагрівника, Вт; F – площа поверхні плоскої стінки, м²; F = BH; B – ширина стінки, м; B = 0,11 м; H – висота стінки, м; H = 0,245 м; – ступінь чорноти поверхні плоскої стінки; С₀ – коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла, = 5,7 Вт/(м². К⁴); , – абсолютна температура власне поверхні стінки і середовищ, /К.

Критеріальне рівняння, яке описує процес вільної конвекції з твердої поверхні, має вигляд [1].

/1.7

де – критерій Нуссельта ; – визначальній розмір у разі вертикального розташування плоскої стінки , – критерій Грасгофа, ; – фізичні параметри середовища; – температурний напір, °С; ; – критерій Прандтля.

Для визначення середніх коефіцієнтів тепловіддачі, якщо ламінарний рух рідини вздовж вертикальної стінки вільний, можна використати такі рівняння [1]: якщо , то

; /1.8/

Якщо , то

/1.9/

У цих формулах як визначальну взято температуру рідини віддалік від нагрітої поверхні, формули одержано для теплоносіїв з числом від 0,7 до 3·10^-3, для інтервалу 10³ < < 10 ⁹.

1.2. Опис установки

На рис. 1.1 зображено схему дослідної установки для дослідження теплопровідності плоскої багатошарової стінки. Вимірювальний вузол являє собою багатошарову плоску стінку 3-5, розташовану з обох боків плоского електронагрівника 1. З обох боків нагрівника встановлюють латунні пластини 2, призначені дія вирівнювання температурного поля. Тепловий потік від нагрівника розподіляється порівну на обидві його боки й проходить послідовно через плоску стінку 3 з текстоліту / = 2,1·10^-3 м, = 0,28 Вт / (м·°С), стінку 4 з полімеру / = 5·10^-3 м, = 0,32 Вт/(м·°С ) і стінку 5 з нержавіючої сталі / = 8,2·10^-3 м, = 16 Вт/(м·°С). Хромель-копелеві термопари 6 вимірюють температури на поверхні між стінками, а також на зовнішніх поверхнях. Термопари підключають до електронного потенціометра 7.

Потужність електронагрівника регулюється за допомогою ЛАТРа 9 і контролюється ватметром 10. Температуру навколишнього середовища вимірюють термометром 8.