Лабораторные / Лаба Термодинамика 3. Исследование теплоотдачи при движении воздуха в коридорном пучке труб
.docxМИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Озерский технологический институт –
филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего
образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
(ОТИ НИЯУ МИФИ)
Кафедра ТМ и МАХП
Лабораторная работа №3
«Исследование теплоотдачи при движении
воздуха в коридорном пучке труб»
По дисциплине «Техническая термодинамика»
|
Принял |
|
|
|
М.А. Миллер |
|
|
|
|
|
|
|
Выполнил студент группы |
1ТМ-36Д |
|
|
П.С. Сергеев |
Озёрск
2019
Цель работы: определить влияние скорости движения воздуха на теплоотдачу в коридорном пучке труб.
Приборы: установка.
Установка
состоит из аэродинамической трубы 1
сечением F,
равным 180x80 мм2,
в которой создается поток воздуха
вентилятором 2. В аэродинамической
трубе установлена модель трубчатого
теплообменника (пучок труб) 3, изготовленная
из стальных трубок внешним диаметром
d=14
мм. Расположение труб в пучке коридорное.
Поперечный шаг между осями труб S1=25
мм, продольный шаг S2=25
мм, число труб в ряду n=7,
число рядов 4.
Исследование теплоотдачи для коридорного пучка производится методом локального моделирования, для чего в первый и третий ряды установлены по одному электрическому нагревателю (твэлу).
Тепловая мощность Q твэла равна его электрической мощности, подводимой от источника тока 4. Измерение мощности производится амперметром и вольтметром.
Температура стенки трубок контролируется в двух точках по её высоте термопарами 5. Концы термопар выведены к переключателям 6 (для первого ряда) и 7 (для третьего ряда). ЭДС термопар измеряется милливольтметром 8.
Измерение температуры потока воздуха производится термометром 9. Для определения скорости воздуха производится измерение динамического напора с помощью пневмаметрической насадки 10 и наклонного микроманометра 11.
В пневмаметрической насадке имеются два отверстия. Через первое отверстие, ось которого параллельна оси аэродинамической трубы, по трубке на микроманометр подаётся полное давление. Через второе отверстие, ось которого перпендикулярна оси потока, на микроманометр подаётся статическое давление. Разность между ними определяет высоту столба жидкости в микроманометре. Барометрическое давление измеряется барометром 12. Расход воздуха регулируется шибером 13.
Ход работы:
-
Включим установку и выведем её на стационарный режим.
-
Произведём снятие показаний с приборов при трёх различных расходах воздуха.
Таблица 1
Характеристика
1-ый опыт
2-ой опыт
3-ий опыт
Амперметр, А
1,08
1,08
1,08
Вольтметр, В
68
68
68
Мощность твэла, Вт
73
73
73
Динамический напор, кгс/м3
0,5
1,5
3,5
Точка 1, ºC
235
225
155
Точка 2, ºC
210
200
130
Средняя температура стенки твэла, ºC
222,5
212,5
142,5
Температура воздуха tв, ºC
33
33
3
-
Произведём обработку результатов измерений.
– динамический
напор;
– барометрическое
давление;
– газовая
постоянная для воздуха;
– абсолютная
температура при условиях опыта;
– плотность
воздуха при условиях опыта;
– скорость
воздуха до пучка;
– площадь
сечения трубы;
– площадь
сечения узкого участка трубы;
– средняя
скорость в узком сечении пучка;
– поверхность
трубки твэла;
– коэффициент
теплоотдачи;
– критерий
Рейнольдса;
– кинематическая
вязкость воздуха при tж;
– критерий
Нуссельта;
– теплопроводность
воздуха при tж.
-
Определима предполагаемые значения критерия Нуссельта.
;
;
;
.
|
Таблица 2 |
|||
|
Характеристика |
1-ый опыт |
2-ой опыт |
3-ий опыт |
|
Скорость воздуха до пучка, м/с |
2,953 |
5,114 |
7,812 |
|
Скорость воздуха в пучке, м/с |
6,481 |
11,226 |
17,147 |
|
Коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2*ºC) |
49,1 |
51,8 |
84,9 |
|
Критерий Рейнольдса |
5671 |
9822 |
15004 |
|
lg(Reжd) |
3,75 |
3,99 |
4,18 |
|
Критерий Нуссельта |
25,627 |
27,054 |
44,349 |
|
lg(Nuжd) |
1,409 |
1,432 |
1,647 |
Полученные значения коэффициентов теплоотдачи показали прямо пропорциональную зависимость их от скорости потока.
Контрольные вопросы:
-
Определение скорости воздуха до пучка и в пучке труб.
Скорость воздуха до пучка определяется из закона Бернулли:
;
.
Скорость воздуха в пучке определяется из закона постоянства расхода:
;
.
-
Принцип работы пневматической насадки.
В пневмаметрической насадке имеются два отверстия. Через первое отверстие, ось которого параллельна оси аэродинамической трубы, по трубке на микроманометр подаётся полное давление. Через второе отверстие, ось которого перпендикулярна оси потока, на микроманометр подаётся статическое давление. Разность между ними определяет высоту столба жидкости в микроманометре.
-
Режимы течения жидкости в трубном пучке.
При малых числах Рейнольдса цилиндр омывается потоком жидкости безотрывно. При больших числах Рейнольдса плавно омывается лишь фронтовая половина. В кормовой части цилиндра, вследствие отрыва пограничного слоя жидкости (газа) от поверхности, возникает сложное вихревое течение.
-
Критериальное уравнение теплоотдачи при смешанном режиме движения жидкости в пучке труб.
Критериальным уравнением называют зависимость между каким-либо определяемым критерием подобия и другими определяющими критериями подобия. При конвективном теплообмене критериальное уравнение может быть представлено в виде:
;
Nuжd – критерий Нуссельта;
C – коэффициент, учитывающий расположение твэлов в трубе;
Re – критерий Рейнольдса;
Prж – критерий Прандтля при t=tж;
Prс – критерий Прандтля при t=tс;
εi – коэффициент, учитывающий изменение теплоотдачи в начальных рядах труб;
εs – коэффициент, учитывающий влияние относительных шагов.