Исследование комбинированного теплообмена с определением коэффициента теплопроводности, коэффициента теплоотдачи и степени черноты излучающей поверхности

ТЕПЛОТЕХНИКА

Лабораторные работы

для студентов по направлению

;

 

 

Выполнил ст.гр 2 ЭТ ……………………………………………..

 

Проверил доц. Галаган Т.В.

 

ОРЕЛ 2016

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

ПОСТРОЕНИЕ ЦИКЛА ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ.

 

УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ.

1. К выполнению лабораторной работы допускаются лица, прошедшие инструктаж по технике безопасности.

2. При выполнении лабораторной работа необходимо помнить, что выброс холодильного агента может привести ожогу кожного покрова и поэтому нельзя нарушать герметичность лабораторной установки.

 

Цель работы: научиться строить цикл холодильной машины с переохлаждением и перегревом, цикл Карно, а также цикл реальной работающей машины.

Задачи работы:

1. Измерение рабочих параметров холодильной машины в установившемся режиме.

2. Определить характеристики холодильной машины и дать количественную и качественную характеристику полученных теоретического и экспериментального циклов.

 

Рис. 3.1 – Схема работы холодильной установки

Общие сведения. Принцип действия холодильной машины.

 

регата соединяются пайкой серебряным припоем или фосфористой бронзой.

Рис.3.2. – Термодинамическая диаграмма фреона134а

Панель управления

Фильтр осушитель

Смотровое стекло

Расходомер

Реле разности давления

Манометры

Водяной испаритель

Термореле ТРВ

Герметичный компрессор

Соединительные трубки

Ресивер

Водяной конденсатор

Рис. 3.3 – Схема стенда для изучения устройства холодильных установок малой и средней производительности.

 

Таблица 3.1.

Результаты измерений

Место установки термоманометра	Показания термоманометра. p ман (Па, бар)	Температура в точке по термоманометру t oC
До компрессора. после испарителя
После компрессора, до конденсатора
После конденсатора, до РВ
До испарителя. После РВ

Обработка результатов

 

1. По значениям табл. 3.1. определяем, что давление, которое показывают термоманометры до компрессора и после РВ равно друг другу и обозначим его p_1ман, а давление после компрессора и до РВ – так же имеет одинаковые значения, обозначим p_2ман (если получилось значений больше, то измерения произведены не верно), определим чему равно давление конденсации и кипения p_К и p_о.

 

p_к= p _2ман+p_атм; p_о= p _1ман+p_атм

 

2.

lgP

i,кДж/кг

Построить цикл работы холодиль­ной машины в диаграмме lgР-i, как на рис.3.2, 3.7.

 

Рк

Ро

 

Рис. 3.7 – Цикл реальной холодильной машины без перегрева и переохлаждения

По диаграмме рабочего холодильного агента, определить характеристики характерных точек цикла: давление, температуры, теплосодержание фреона. Заполнить таблицу 3.2.

Таблица 3.2

Параметры характерных точек диаграммы

№ Х.т.	t,0C	p, МПа	i, кДж/кг.	v1, м3/кг.

 

2. Выше приведенный цикл не имеет перегрева паров перед компрессором и переохлаждение жидкости после конденсатора. Поэтому строим цикл работы холодиль­ной машины в диаграмме lgР-i, как на рис.3.8. При условии, что пары фреона обычно перегреваются перед компрессором на 10-30 ^оС и соответственно переохлаждаются на туже величину, но с учетом потерь в окружающую среду 20%.

 

lgP

i,кДж/кг

Температуры t_2a, t_4a определяются графически при построении диаграммы.

 

Рк

1а

3а

4а

Ро

 

Рис. 3.8 – Цикл реальной холодильной машины

 

По диаграмме рабочего хладагента определить давление, температуры, теплосодержание фреона в характерных точках 1,1а, 2а, 3, 3а, 4а. Заполнить таблицу 3.3.

Таблица 3.3

Параметры характерных точек диаграммы

№ Х.т.	t,0C	p, МПа	i, кДж/кг.	v1, м3/кг.
1а
3а
4а

 

3. Теперь построим цикл Карно в диаграмме lgР-i, как на рис.3.9 в интервале тех же температур, при которых работала холодиль­ная машины.

Рк

Ро

lgP

i,кДж/кг

 

Рис. 3.9 – Цикл Карно в интервале температур реальной холодильной машины

По диаграмме рабочего холодильного агента, определить характеристики точек цикла Карно: давление, температуры, теплосодержание фреона. Заполнить таблицу 3.4.

Таблица 3.4

Параметры характерных точек диаграммы

№ Х.т.	t,0C	p, МПа	i, кДж/кг.	v1, м3/кг.

 

 

С помощью полученных данных рассчитываем для каждого цикла основные рабочие параметры холодильной машины, результаты заносим в таблицу 3.5.:

удельную холодопроизводительность, кДк/кг;

Для цикла Карно и цикла без перегрева q₀ = i₁ - i₄ (3.4)

Для цикла с перегревом q₀ = i_1а - i_4а (3.4а)

удельную работу, затраченную в компрессоре, кДж/кг;

l = i₂ - i₁ (3.5)

l = i₂ - i_1а (3.5а)

холодильный коэффициент теоретического цикла подсчитать для всех циклов

ε = q₀ / l. (3.6)

объем, описанный поршнями компрессора, м³/с

(3.7)

где n =2850 мин^-1 - частота вращения вала компрессора.

d_ц – диаметр цилиндра компрессора, м;

S – ход поршня, м.

Z – число цилиндров, шт;

объемный коэффициент подачи l, учитывающий потери холодильной мощности в компрессоре

(3.8)

где λ_с - объемный коэффициент, обусловленный наличием мертвого пространства. Объемный коэффициент зависит от раз­мера мертвого пространства и отношения давления нагнетания и всасывания и показателя политропы обратного расши­рения m. Для аммиачных компрессоров обычно m = 0,95 ÷ 1,1, а для фреоновых m = 0,9 ÷ 1,05. Определяется λ_с по формуле:

λ_с = (3.9)

где с = 0,05÷0,07 - относительное мёртвое пространство;

 

λ_др – коэффициенты дросселирования, определяется по формуле:

(3.10)

где p_вс=p₀ – Δp₀ – давление всасывания.

Δp₀ = (0,01÷0,05) – гидравлическое сопротивление во всасывающим клапане;

λ_w – коэффициент подогрева, определяется по формуле:

(3.11)

λ_пл – коэффициент плотности, зависит от степени сжатия π = =

 

 

т.е. коэффициента подачи и определяется по графику (рис.3.10)

Рис.3.10 – График для определения коэффициента плотности lпл = f(p)

удельная объемная холодопроизводителъность, при перегреве паров перед компрессором и без него, кДж/м³

 

q_v = q₀/v₁, (3.12)

где v₁ – удельный объем паров фреона перед компрессором (табл. 3.2 и 3.2а), м³/кг.

 

действительная объемная производительность компрессора V_д, м³/с, определяется по формуле:

V_д = λ ·V_h; (3.13)

 

холодопроизводительность компрессора, кВт

Q_o = q_v · V_д. (3.14)

 

 

Таблица 3.5

Рабочие характеристики холодильной машины

№		Показатели хол.машины с перегревом паров перед компрессором и с переохлаждением жидкости	Показатели хол.машины без перегрева паров перед компрессором и переохлаждения жидкости (1.6)	Показатели хол.машины при работе в цикле Карно
1.	Холодильный агент
2.	Температура кипения То
3.	Температура конденсации Тк
4.	Давление конденсации рк
5.	Давление кипения ро
6.	Действительная объемная производительность компрессора Vд
7.	Теоретический холодильный коэффициент e
8.	Коэффициент подачи p
9.	Объемный коэффициент l
10.	Холодопроизводительность установки Qo

 

Выводы:

 

1.

 

2.

 

 

3.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

ИССЛЕДОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННОГО ТЕПЛООБМЕНА С ОПРЕДЕЛЕНИЕМ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ, КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛООТДАЧИ И СТЕПЕНИ ЧЕРНОТЫ ИЗЛУЧАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ

 

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - выявление различных механизмов переноса тепла, расчетное и экспериментальное определение основных характеристик комбинированного теплообмена: количеств тепла, передаваемого от нагреваемой поверхности тепловым излучением и конвекцией, коэффициента теплоотдачи нагреваемой и степени черноты ее поверхности; определение коэффициента теплопроводности теплоизолирующего материала.

 

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

 

Существует три основных механизма переноса тепла, каждый из которых имеет свою физическую природу, описывается своими законами и уравнениями, имеет свои методы расчета и экспериментального исследования.

Это - теплопроводность, тепловая конвекция и тепловое излучение. В явлениях теплообмена тел с окружающей средой все эти механизмы чаще всего действуют одновременно. Если известны некоторые характеристики, поддающиеся теплотехническим измерениям, то могут быть выявлены, а затем и скорректированы в нужном направлении действия того или иного механизма переноса тепла.

В условиях стационарного теплообмена и отсутствия утечек тепла по узлам крепления трубы (штативам) ее тепловой баланс выражается соотношением:(формулы дописать полученными параметрами)

Q_å = Q_K + Q_л

где Q_{å =} I·U = - тепловая мощность, выделяемая электронагревателем, (Вт).

I= сила тока, А;

U= напряжение, В.

Тепловой поток Q_K, отдаваемый окружающему воздуху поверхностью трубы конвекцией определяется по закону Ньютона-Рихмана

Q_{K =} a · F · (t_ст - t₀)=,

где Q_K = Q_å - Q_л;

a -коэффициент теплоотдачи, (Вт/м²К), определяемый в эксперименте;

F= p·d ·l - площадь поверхности трубы, (м²);

d – наружный диаметр, (м);

l – длина исследуемого участка, (м);

t_ст– температура наружной стенки трубы, ⁰С;

t_o –температура окружающей среды, ⁰С.

Поток тепла, отдаваемый поверхностью трубы в окружающую среду тепловым излучением, определяется по закону Стефана-Больцмана как:

 

Q_л =e · С₀ · F · ((Т_ст/100)⁴ -(Т₀/100)⁴), (4.3)

 

где e - степень черноты наружной поверхности трубы,

С₀ =5,67 Вт/м² К⁴ - коэффициент теплового излучения абсолютно черного тела,

Т_ст, Т₀ -температура наружной стенки трубы и окружающей среды, (К).

 

Измерив напряжение U и силу тока I, температуры наружной поверхности t_ст и окружающей среды - t₀ и определив степень черноты поверхности e по таблице 1, можно экспериментально определить коэффициент теплоотдачи горизонтальной трубы.

a ^эксп = Q_K / (F · (t_ст - t₀)),

где Q_K =Q_å – Q_л (4.4)

Если к измеренным величинам добавить t_н - температуру на поверхности нагревателя, то по формулам стационарной теплопроводности бесконечного полого цилиндра можно также определить коэффициент теплопроводности l (Вт/м·К) теплоизоляционного материала, находящегося между электрическим нагревателем и наружной поверхностью трубы

 

l = Q_å (ln d₂ /d₁)/ (2·p· l·(t_ст - t_н))

Значение коэффициента теплоотдачи может быть рассчитано на основе критериального уравнения

 

Nu = C· (Gr·Pr)ⁿ (4.6),

где С и n постоянные величины, зависящие от режима свободной конвекции и полученные обобщением большого количества экспериментов на основе теории подобия (таблица 4.2).

Nu – безразмерное число (критерий) Нуссельта, характеризующее отношение теплового потока, отдаваемого поверхностью тела конвекцией к тепловому потоку, передаваемому теплопроводностью через слой среды толщиной d₂.

Nu =(a·d₂)/l

Pr - критерий Прандтля, характеризующий соотношение вязкости и температуропроводности среды (таблица 4.3).

Gr - критерий Грасгофа, равный отношению выталкивающей силы, действующей на нагретые объемы жидкости или газа к силам вязкости.

Для воздуха

;

где g – ускорение свободного падения, м²/с;

n – кинематическая вязкость среды, м²/с;

d₂– наружный диаметр исследуемой трубы, м.

 

Степень черноты полного нормального излучения материалов по табл.4.1.(в методичке)

 

Значения величин С и n в критериальном уравнении в Таблице 4. 2. (в методичке)

Теплофизические свойства сухого воздуха при Р=0,101 МПа в Таблице 4.3.

 

 

12Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: