Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

sbornik_lab_po_TOT

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

30.05.2015

Размер:

4.76 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 189 10 11 12 13 14 15 16 17 18 > Следующая >>>

При таком режиме увеличивается температурный напор t и резко уменьшается коэффициент теплоотдачи α. Это - пленочный режим кипения жидкости, при котором высокая температура стенки может привести ее к прогару. Поэтому теплообменные поверхности рассчитывают таким образом, чтобы кипение в них было пузырьковым. На рис.1 даны типичные зависимости q = f(Δt) и α = f(Δt), где q – плотность потока теплоты от стенки к жидкости (Вт/м3), α – коэффициент теплоотдачи от стенки к жидкости (Вт/(м2 К)), входящий в уравнение теплоотдачи

q = α (tст – tж),

(1)

где tж – температура жидкости, равная при кипении tн, 0С.

Рис. 1. Зависимость q=f( t )(1) и f (t) (2) при кипении жидкости

2.Схема экспериментальной установки и методика измерений

Схема экспериментальной установки приведена на рис.2(а). На перед-

ней панели находится восьмиканальный измеритель температуры (2) типа УКТ38, подключенный к трем хромелькопелевым термопарам ((3), (4) и (5), универсальный вольтметр (16), типа MY- 68 с автоматическим переклю-

чением пределов измерений, тумблер электропитания установки (1), разъемы (V) для подключения вольтметра (16), тумблер (6) для переключения вольтметра на измерение падения напряжения на образцовом сопротивлении (Uо) и напряжении на нагревателе пластины (Uн). На рис.2(б) приведена принципиальная схема рабочего участка, электрическая схема питания и измерений. Нагреваемый медный цилиндр (7) находится в цилиндрической стеклянной ёмкости (8), помещенной в водоподогреватель (9), снабженный ТЭНом (11), питающимся (7) от электросети через регулятора мощности (10). Внутри медного цилиндра находится нагревательный элемент, соединенный с лабораторным автотрансформатором (12). В цепь, последовательно с нагревательным элементом, вмонтированном в медный цилиндр (7), включено образцовое сопротивление Rо для определения величины электрического тока в цепи по измеренному значению падения напряжения на сопротивлении Rо. Внутри медного цилиндра расположены две термопары, одна t1, подведенная к нижней точке поверхности, вторая - t2, подведена к средней (сбоку) точке поверхности цилиндра. Для измерения температуры воды tн в емкости (8) вблизи поверхности цилиндра размещена третья термопара.

Предварительный подогрев воды до 70-800С в ёмкости (8) производится водоподогревателем (9). Уровень воды в подогревателе контролируется уровнемером (17). Заполнение водоподогревателя водой производится с помощью дренажной трубки, расположенной на задней панели прибора.

При пузырьковом кипении воды при атмосферных условиях различают две области кипения. В первой области при малых температурных напорах (Δt ≤ 50С) значения коэффициента теплоотдачи невелики и определяются условиями свободной конвекции однофазной жидкости. Во второй областипри повышенных температурных напорах, (50С ≤ t ≤ 250С) коэффициент теплоотдачи значительно возрастает. Это связано с интенсивной конвекцией жидкости вследствие роста и движения паровых пузырей. Для воды, кипящей в диапазоне давления р/ркр ≤ 0,18 для расчета коэффициента теплоотдачи применяют зависимости, полученные из опытных данных:

α = 3,0 q0,7 p0,15,

(1)

или

α = 38,7 t2,33 p0,5,

(2)

где: q - плотность теплового потока q, Вт/м 2 ; p – давление в системе, МПа; pкр – критическое давление, МПа.

Рис.2. Общий вид (а) и схема экспериментальной установки (б)


Общий вид: 1 – тумблер электропита-	Схема установки: 3,4,5 – термопары;
ния установки; 2 – измеритель темпе-	7	– нагреваемый медный цилиндр;
ратуры УКТ-38; 6 – тумблер переключе-	8	– стеклянная емкость; 9 – водопо-
ния установки на измерения Uн и U 0 ;	догреватель; 10 – регулятор мощно-
13 – крышка модуля; 15 – переключа-	сти; 11 – термонагревательный эле-
тель универсального вольтметра (муль-	мент; 12 – лабораторный автотранс-
тиметра); 16 – универсальный вольт-	форматор; 14		–	теплоизолятор;
метр (мультиметр).	17 – уровнемер;		18	– крышка стек-

лянной емкости.

Расчет коэффициента теплоотдачи по уравнениям (1) и (2) ведут методом последовательных приближений: вначале задают значения q и t, а затем их проверяют и при необходимости уточняют расчет. При известном α плотность теплового потока находят как:

q = αΔt

(3)

Экспериментально средний коэффициент теплоотдачи между поверхностью обогреваемого цилиндра и кипящей водой определяют из соотношения:

α =		Ô				,	(4)

	A t		-	t
(		ñò			í )

где Ф - тепловой поток, передаваемый от поверхности цилиндра к воде, Вт; А- площадь поверхности цилиндра, м2; tст- средняя температура этой поверхности, 0С; tн- температура насыщения при атмосферном давлении, 0С. Тепловой поток определяется по электрической мощности, потребляемой нагреваемым цилиндром:

Q = Uн I = Uн U0/R0,

(5)

где Uн- напряжение на нагревателе цилиндре, В; I-величина тока, А; Uо- падение напряжения на образцовом сопротивлении Rо, мВ; Rо - величина образцового сопротивления, включенного последовательно с сопротивлением нагреваемого цилиндра, Ом.

3.Подготовка установки к работе*

1.Снять верхнюю крышку (13) лабораторной установки и выдвинуть вверх правое боковое защитное стекло.

2.Приподнять теплоизолятор (14) вместе с крышкой (18);

3.Заполнить дистиллированной водой на 3/4 стеклянную емкость (8);

4.Опустить теплоизолятор (14) вместе с крышкой (18) на стеклянную емкость (8);

5.Заполнить водоподогреватель (9) на 2/3 водой через одну из двух дренажных трубок, размещенных на задней панели установки;

	85
6. Убедиться в том, что термоэлектроды	термопар подсоединены к измерителю

температуры, а электропровода к нагревателю и надежно изолированы. Поставить на место боковое защитное стекло и верхнюю крышку установки;

7.Подключить «ВХОД» на ЛАТРе к розетке 220В, находящейся на задней панели установки.

8.Подсоединить к РЕГУЛИРУЕМОМУ ВЫХОДУ ЛАТРа токоподводы нагревателя медного цилиндра (на задней панели установки).

Заземлить установку и ЛАТР.

4.Порядок выполнения работы

1.Записать данные установки, условия опыта;

2.Убедиться в том, что все приборы выключены. Повернуть регулятор напряжения ЛАТРа против часовой стрелки до упора. Подсоединить клеммы регулируемого выходного напряжения ЛАТРа к проводам нагревательного элемента (маркировка на задней панели установки). Подключить вилку сетевого шнура ЛАТРа к сетевой розетке, расположенной на задней панели установки. Подключить мультиметр (17) к установке через разъемы V на передней панели;

3.Включить стенд тумблером (1) и измеритель температуры (2);

* студентами во время проведения лабораторной работы не выполняется

	86
4. Включить регулятор мощности (10)	водоподогревателя, поворотом ручки

по часовой стрелке на ½ оборота («ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАГРЕВ»);

5.Через 10-15 минут вода в стеклянной емкости должна нагреться до 60-700С. Процесс нагрева воды в стеклянной емкости контролировать по измерителю температуры (1-я термопара, (дающая показание) t1);

6.Переключателем (15) мультиметра установить режим измерения переменного на-

пряжения. Переключить тумблер (6) на измерение Uн- напряжения на нагревательном элементе;

7.Установить выходное напряжение на ЛАТРе около 100 В, пользуясь показаниями мультиметра;

8.С помощью двух включенных нагревателей выйти на режим пузырькового кипения, наблюдая этот процесс визуально и следя за показаниями измерителя температур;

9.При достижении температуры t1= 80-900С и t2 и t3 = 101-1050С уменьшить мощность на ТЭНе (11) водоподогревателя поворотом ручки против часовой стрелки до минимума при сохранении режима кипения;

10.Установить температурный напор t ≤ 50С, отрегулировав выходное напряжение ЛАТРа;

11.Произвести отчет температур по 1-му, 2-му, и 3- му каналам УКТ38: 2-й канала из-

меряет температуру в нижней точке боковой поверхности цилиндра – t2, 0С; 3-й канал измеряет температуру в средней точке боковой поверхности цилиндра – t2, 0С; 1- й канал измеряет температуру воды вблизи боковой поверхности цилиндра – t1, 0С;

12.Произвести отсчет напряжения на нагревательном элементе пластины Uн по мультиметру (16);

13.Переключить тумблер (6) в положение Uо. Произвести отсчет напряжения на образцовом сопротивлении Uо1;

14.Провести опыт на другом режиме по указанию преподавателя. Результаты измерений занести в таблицу 1.

5.Данные установки и таблица результатов измерений (рассчитывается по значе-

ниям d и l)

Площадь боковой поверхности цилиндра А, м2

Диаметр цилиндра, мм (d)	d = 0,016 м
Длина цилиндра, мм (l)	l = 0,12 м
Образцовое сопротивление	Rо = 0,1 Ом.

Таблица 1

Значения измеренных и расчетных величин

№

t1, 0 C

t2,

t3, 0 C

Uн,

Uо,

Фоп,

αоп

qоп,

п/п

0 C

вода

мВ

Вт

Вт/(м 2

К)

Вт/м2

	87
6. Обработка результатов измере-	ний

Экспериментально средний коэффициент теплоотдачи α определяется из соотношений:

α	Ôî ï		,	(6)
	À(t	t )
	ñò	í

Фоп = Uí	U0	(7)
Фоп = Uí	R	(7)
	R
	0

qоп = Фоп/А,

(8)

где: А = πdl, м2; tст = (t1 + t2)/2; tн = t3, 0С

7.Сопоставление опытных данных с расчетными

По уравнению (1) или (2) методом последовательных приближений рас-

считать коэффициент теплоотдачи α (без использования опытных данных) и далее по опытному значению температуры стенки tст – величину qр – для условий эксперимента. Полученные расчетные значения αр и qр сопоставить с опытными, взятыми из табл. 2 и определить относительные погрешности δα и δq по уравнениям:

δα	αð αî ï	100 , %, δq =	qð - qî ï	100 , %
δα	αî ï	100 , %, δq =	q	100 , %
	αî ï		q
			î ï

и результаты этих вычислений также занести в табл. 2.

Таблица 2

Сравнение значений αр и qр с αоп и qоп

№	αр,	αоп,	δα,	qр	qоп,	δq,
п/п	Вт/(м2 К)	Вт/(м2 К)	%	Вт/м2	Вт/м2	%

1.

2.

3.

4.

5.

Контрольные вопросы и задания.

1.Какие режимы кипения Вы знаете?

2.Почему коэффициент теплоотдачи при пленочном кипении ниже, чем при пузырьковом?

3.В чем состоит переход от пузырькового режима кипения к пленочному?

4.Какой порядок величин имеют коэффициенты теплоотдачи при кипении?

5.Зависимости какого вида используются для расчета коэффициентов теплоотдачи при кипении?

6.Объясните схему экспериментальной установки и порядок проведения опыта;

7.Какие величины и с помощью каких измерительных средств определяется в эксперименте?

8.Насколько отличаются опытные и расчетные коэффициенты теплоотдачи?

Лабораторная работа №11

«Теплообмен при плёночной конденсации пара на вертикальной трубке»

Конденсация — процесс выделения жидкой фазы из пара, переохлажденного ниже температуры насыщения.

Сравнительно редко пар переохлаждается во всем объеме; для этого необхо-

димы центры конденсации (ионизированные молекулы газа, взвешенные час-

тицы и т. д.). Гораздо чаще конденсация идет на

холодной поверхности труб, панелей и других элементов энергоустановок.

Физическая картина конденсации пара на поверхности определяется в пер-

вую очередь состоянием этой поверхности: ее шероховатостью, наличием за-

грязнений, слоя смазки, особых покрытий и т. п. Если поверхность смачива-

ется жидкой фазой, то наблюдается пленочная конденсация: конденсат рас-

текается по поверхности, образуя сплошную пленку. Если холодная поверх-

ность жидкой фазой не смачивается, то конденсация становится капельной:

конденсат собирается в отдельные капли, и часть поверхности остается су-

хой.

При конденсации пара выделяется энергия, равная скрытой теплоте парооб-

разования г. Для непрерывной конденсации пара эту энергию необходимо постоянно отводить (например, охлаждая «заднюю» поверхность холодной стенки циркулирующим теплоносителем).

При пленочной конденсации насыщенного пара на вертикальной поверхно-

сти образуется пленка жидкости, которая стекает под воздействием силы тя-

жести. Если течение ламинарное, т.е. линии тока в пленке параллельны хо-

лодной поверхности, а на свободной поверхности пленки температура равна температуре насыщения tH, то плотность теплового потока можно рассчитать по обычной формуле для теплопроводности плоской стенки:

(3.8.1)

где tc — температура стенки, °C; — теплопроводность жидкости, Вт/(м-К);