2. Задачи и цель работы

Цель работы - привить студентам определенные навыки выполнения самостоятельных научных исследований в области конвективного теплообмена. Непосредственно выполнению работы предшествует изучение специальной научной и рекомендуемой учебной литературы.

В работе осуществляется экспериментальное иccледование теплоотдачи конвекцией от вертикального цилиндра к закрученному потоку воздуха в циклонно-вихревой камере, обработка и анализ результатов наблюдений, составление уравнения подобия для расчета конвективного теплообмена, расчет статистических показателей, характеризующих отклонение опытных точек от рекомендуемой расчетной зависимости, оценка степени достоверности результатов и погрешностей измерений.

В заключительной стадии работы составляется пояснительная записка с внесением в нее всех опытных и расчетных материалов и оформлением графической части.

Сложная аэродинамическая структура потока в циклонно-вихревых камерах в значительной степени ограничивает возможности использования математических методов решения задач конвективного теплообмена, поэтому основным направлением его изучения является эксперимент.

Особенность рассматриваемой задачи конвективного теплообмена в закрученном циклонном потоке заключается в том, что при движении среды возникают инерционные массовые (центростремительные) силы, которые оказывают значительное влияние на условия теплоотдачи.

В целях упрощения задачи в каждом варианте работы исследование теплоотдачи выполняется в воздушном потоке в сравнительно небольшом интервале изменения его температуры и только при одном направлении теплового потока, только при одном диаметре цилиндра и неизменных геометрических характеристиках генератора закрутки потока – циклонно-вихревой камеры. Однако, в каждом из вариантов курсовой работы геометрические характеристики циклонно-вихревой камеры и калориметра могут иметь отличные друг от друга значения.

В опытах варьировался в широком диапазоне расход воздуха через циклонно-вихревую камеру или иначе входное число Рейнольдса

Rе_вх = v_вхD_к/_вх, (1)

где v_вх – скорость потока во входных каналах (шлицах) камеры, _вх – кинематический коэффициент вязкости потока во входных каналах (при входных условиях).

Однако для анализа задачи требуется иметь распределения тангенциальной и осевой скоростей закрученного потока.

3. Описание экспериментальной установки и методики измерений

Исследовательская часть работы выполняется на экспериментальном стенде. Главным элементом стенда является циклонно-вихревая камера с внутренним диаметром D_к = 2R_к = 310 мм.

Ввод воздуха в камеру осуществляется тангенциально расположенными к внутренней поверхности ее рабочего объема входными каналами (шлицами) с двух диаметрально противоположных сторон. Ширина прямоугольных шлицев l_вх и их высота h_вх могут варьироваться специальными вкладышами. При этом соответственно меняется и суммарная площадь входа потока , где- число входных каналов. Отвод газа из модели осуществляется через плоский торец с круглым осесимметричным выходным отверстием, безразмерный диаметр которогоможет меняться в диапазоне от 0,2 до 0,6.

В качестве дутьевого устройства используется воздуходувка типа В 10/1250 производительностью (при нормальных физических условиях) 10000 м³/ч и полным напором P_п = 1250 мм вод.ст. (12,26 кПа). Расход воздуха на установку измеряется нормализованной диафрагмой, предварительно протарированной по полю скоростей, снятому в мерном сечении подводящего трубопровода. Методика расчета расхода воздуха с помощью диафрагмы приведена в Приложении.

Температура воздуха, подаваемого в исследуемую камеру, измеряется непосредственно перед установкой ртутными лабораторными термометрами ТЛ-4 (диапазон измерения 0…50 °С). Измерение избыточного статического давления на боковой поверхности камеры, в шлицах и подводящих трубопроводах проводится через дренажные отверстия диаметром 0,7 мм U-образными водяными дифманометрами.

В отдельных случаях для определения особенностей аэродинамики производится исследование полей скоростей и давлений в рабочем объёме камеры в 1 - 3 сечениях (в зависимости от поставленной задачи). В качестве пневмометрического насадка используется трёхканальный цилиндрический зонд [9] c диаметром приемной части 2,6 мм. Перемещение зонда в измерительном сечении и его аэродинамическая ориентировка в потоке производится координатником с ручным приводом конструкции Ленинградского политехнического института им.М.И.Калинина [9,14].

Цилиндр, теплоотдача конвекцией к воздуху от которого исследуется в работе, представляет собой гладкостенный паровой калориметр. Исследование теплоотдачи производится по методу изменения агрегатного состояния греющего агента – конденсации слегка перегретого водяного пара, подаваемого внутрь калориметра. Схематический чертеж цилиндра - калориметра приведен на рис.1. Длина калориметра - 400 мм, толщина стенки рабочего участка - 2 мм. Наружный диаметр цилиндра-калориметра при проведении опытов может изменяться от 45 до 140 мм. Верхний торец рабочего участка калориметра теплоизолирован текстолитовым диском, нижний - охранным участком.

Принципиальная схема тепловых измерений приведена на рис. 2.

Как видно из рис. 2, греющий пар из электрокотла через электрические основной и выносной перегреватели по подводящей трубке поступает в рабочий участок калориметра. Для исключения возможности попадания в калориметр жидкой фазы на

входе пара в рабочий участок поддерживается и непрерывно контролируется протарированной медь - константановой термопарой небольшой перегрев ()°С. Отсчет ЭДС термопары производится переносным потенциометром типа ПП-63. Для обеспечения стока конденсата нижняя часть парового пространства калориметра имеет небольшую конусность (рис.1). Отвод излишнего пара и паровоздушной смеси осуществляется в охранный участок калориметра, а оттуда через отводящий штуцер в дренажную систему. При этом исключаются потери тепла не только от нижнего торца рабочего участка, но и на линии отвода конденсата. Сбор конденсата с рабочего участка производится через гидра-

влический затвор, обеспечивающий создание определённого (400…600 мм. вод. ст) давления в рабочем участке участке калориметра. Поддержание требуемых величин избыточного давления и перегрева в стационарном режиме осуществляется регулировочным краником, а при изменении нагрузки камеры (Re_вх) также и за счет регулирования реостатами электрической мощности нагревательных элементов котла и выносного пароперегревателя.