1.2. Лабораторна робота № 1

Експериментальне визначення теплових втрат крізь кладку печі.

Мета роботи – ознайомитись з методикою експериментального визначення теплових втрат пічних агрегатів та здобуття навичок розрахунку передачі теплоти теплопровідністю крізь плоску стінку при стаціонарному тепловому потоці.

Теоретична частина.

Під стаціонарним тепловим потоком розуміють таке становище теплоти, при якому температурне поле не змінюється з часом, тобто тіло не нагрівається і не охолоджується: . При цьому тепловий потік, який проходить крізь тіло, залишається постійним. Якщо вирахувати диференційне рівняння теплопровідності для випадку теплового стану плоскої одношарової стінки, то:

(1.1)

де - тепловий потік, який проходить крізь стінку, ;

- температура поверхні стінки відповідно внутрішньої та зовнішньої, ;

S - товщина стінки, м;

- середня теплопровідність матеріалу стінки, .

Для n – шарової стінки рівняння теплопередачі прийме вигляд:

(1.2)

До втрат крізь кладку печі відносять втрати крізь стіни, черінь, склепіння, заслінки та дверцята при закритих вікнах.

Втрати крізь кладку Q_кл – складають більшу частину теплових втрат печей і значно впливають на ККД печі. В залежності від типу печі втрати можуть складати від 5 до 25% всіх витрат теплоти.

Втрати тепла за рахунок теплопровідності крізь плоску поверхню склепіння, стін та черені визначають по рівнянню:

(1.3)

де - розрахункова поверхня кладки, м².

Опис установки.

Роботу виконують з використанням муфельної електричної печі опору №2 типу МП-2УМ, яка розрахована на роботу від мережі 220 В (рис. 1).

Електропіч складається з металічного корпусу 1, в якому знаходиться металічний муфель 2 з намотаним на нього дротовим нагрівачем (ніхром марки Х20Н80 діаметром 1,8 мм). Простір між муфелем та корпусом заповнений тепловою ізоляцією (азбест). Електропіч завантажується крізь отвір, який закривається фасонними вогнетривкими дверцятами 4 (шамот), які встановлені на шарнірних важелях. Для замірки температур в футеровку печі вмонтовані термопари типу ХА. Реєстрація температур, а також підтримання заданої температури печі здійснюється електричним автоматичним потенціометром ЕПД-12. Вимірюють відповідні температури перемикання багатоточечним перемикачем, який вмонтований на приладному щиті.

Рисунок 1 – Муфельна електрична піч МП-2УМ.

1 – корпус; 2 – муфель з нагрівником; 3 – теплоізоляція (азбест); 4 – дверцята (шамот).

Експериментальний розділ.

1. Розігріти піч до стаціонарного теплового стану, для чого вимірювати температури внутрішніх та зовнішніх шарів стінки з інтервалом 10 хв.. Якщо на протязі цього часу зміни температури не буде перебільшувати 3-5^оС, режим рахувати стаціонарним.

2. Виміряти температури внутрішніх та зовнішніх поверхонь термопарами, які вмонтовані в футеровку. Цифри на перемикачі означають місце розташування термопари:

   1. зовнішня поверхня дверцят;

   2. внутрішня поверхня дверцят;

   3. зовнішня поверхня бокової стінки;

   4. внутрішня поверхня бокової стінки;

   5. зовнішня поверхня склепіння;

   6. внутрішня поверхня склепіння;

   7. зовнішня поверхня задньої стінки;

   8. внутрішня поверхня задньої стінки;

   9. зовнішня поверхня черені;

   10. внутрішня поверхня черені;

3. По формулі (1.3) розраховують теплові втрати крізь кладку печі. Результати розрахунків зводяться в таблицю 1. Розрахункова поверхня кожної грані, яка удає собою стінку, може бути визначена як середнє арифметичне значення внутрішньої та зовнішньої поверхонь (див. таблицю №2):

Значення теплопровідності розраховують по рівнянням, :

1. для шамоту ;

2. для азбесту .

По вказівці викладача розрахунки перевіряють з використанням ЕОМ за програмою “L1”.

Таблиця 1 – Розрахунок теплових втрат

Грань
Дверцята
Бокова стінка (ліва)
Бокова стінка (права)
Склепіння
Задня стінка
Черінь
Всього:

Таблиця 2 – Поверхні кладки печі.

Грань	Площа поверхні
	Внутрішньої,F1	Зовнішньої,F2
Дверцята	0,018	0,018
Бокова стінка (ліва або права)	0,034	0,136
Склепіння	0,062	0,68
Задня стінка	0,018	0,143
Черінь	0,062	0,168

Підготовка даних для розрахунку на ЕОМ.

Для виконання розрахунків теплових втрат на ЕОМ необхідно присвоїти перемінним слідуючи значення:

Внутрішня поверхня дверцят F(1);

Зовнішня поверхня дверцят F(2);

Внутрішня поверхня бокової стінки F(3);

Зовнішня поверхня бокової стінки F(4);

Внутрішня поверхня склепіння F(5);

Внутрішня поверхня задньої стінки F(6);

Зовнішня поверхня задньої стінки F(7);

Внутрішня поверхня черені F(8);

Температура зовнішньої поверхні дверцят T(1);

Температура внутрішньої поверхні дверцят T(2);

Температура зовнішньої поверхні бокової стінки T(3);

Температура внутрішньої поверхні бокової стінки T(4);

Температура зовнішньої поверхні склепіння T(5);

Температура внутрішньої поверхні склепіння T(6);

Температура зовнішньої поверхні задньої стінки T(7);

Температура внутрішньої поверхні задньої стінки T(8);

Температура зовнішньої поверхні черіні T(9);

Температура внутрішньої поверхні черіні T(10);

Товщина дверцят S(1);

Товщина бокової стінки S(2);

Товщина склепіння S(3);

Товщина задньої стінки S(4);

Товщина черіні S(5);

Зміст звіту.

1. Мета роботи.

2. Схема та опис експериментальної установки.

3. Обробка експериментальних даних.

4. Результати розрахунку на ЕОМ (за вказівкою викладача).

5. Висновок по роботі.

Контрольні питання.

1. Що називається стаціонарним тепловим становищем?

2. В чому різниця формул (1.2) та (1.3)?

3. Розрахункова формула для визначення теплових втрат крізь плоску багатошарову стінку.

4. Що таке теплопровідність ?