KIAP WSPÓŁCZYNNIK WNIKANIA CIEPŁA PRZY KONWEKCJI NATURALNEJ I WYMUSZONEJ(1), studia

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->Katedra Inżynierii i AparaturyProcesowejWSPÓŁCZYNNIK WNIKANIA CIEPŁAPRZY KONWEKCJI NATURALNEJ I WYMUSZONEJ1. WprowadzenieC01Wymiana ciepła jest zjawiskiem występującym wówczas, gdy istnieje różnica (gradient)temperatur wewnątrz pewnego układu lub między kilkoma układami mogącymiwzajemnie na siebie oddziaływać. Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki następujewtedy wymiana energii, przy czym część układu czy też układ o temperaturze wyższejoddaje energię układowi o temperaturze niższej. Związki ilościowe określające ilościwymienianej energii podlegają oczywiście pierwszej zasadzie termodynamiki. Podczasomawiania zagadnień wymiany ciepła rozróżnia się trzy zasadniczemechanizmy ruchuciepła:a)promieniowanie,b)konwekcję,c)przewodzenie ciepła.Rozróżnienie to spowodowane jest odmiennością mechanizmu przenoszenia energiicieplnej, jednak w praktyce rzadko spotyka się powyższe przypadki w czystej postaci.Przeważnie występują one w pewnych kombinacjach, co należy odpowiedniouwzględnić w obliczeniach.Promieniowanie ciepłapolega na przenoszeniu energii przez kwanty promieniowaniaelektromagnetycznego o pewnym zakresie długości fali. W odróżnieniu odprzewodzenia i konwekcji promieniowanie nie wymaga ośrodka materialnego którymmogłoby się rozchodzić, gdyż może się ono także rozchodzić w próżni. Jak wiadomo,wszystkie ciała wysyłają promieniowanie elektromagnetyczne, przy czym ilośćwypromieniowanej energii zależy od rodzaju powierzchni ciała oraz jego temperatury.Energia promieniowania przenosi się z prędkością równą prędkości światła, co wynika zelektromagnetycznego pochodzenia tej energii.Konwekcja albo unoszenie ciepławystępuje wówczas, gdy poszczególne cząstki ciała,w którym przenosi się ciepło, zmieniają swoje położenie. Zjawisko to jestcharakterystyczne dla płynów i gazów, przy czym przenoszenie energii odbywa sięwskutek mieszania się płynu, a także w niewielkim stopniu przez przewodzenie.Niezbędnym warunkiem występowania konwekcji jest więc ruch ośrodka, w którymprzenosi się ciepło. Ruch ten może być wywołany sztucznie przez specjalne urządzenia,takie jak np. wentylatory lub pompy, i wówczas mówi się okonwekcji wymuszonejalbo przyczyną ruchu może być różnica gęstości spowodowana różnicą temperatur wośrodku. W tym ostatnim przypadkukonwekcję nazywa się swobodną lub naturalną.Przewodzenie ciepłajest zjawiskiem polegającym na przenoszeniu się energii wewnątrzośrodka materialnego lub z jednego ośrodka do drugiego przy ich bezpośrednimzetknięciu, z miejsc o temperaturze wyższej do miejsc o temperaturze niższej, przyczym poszczególne cząstki rozpatrywanego układu nie wykazują większych zmianpołożenia. Ten sposób wymiany ciepła jest charakterystyczny przede wszystkim dlaciał stałych. W cieczach i gazach przewodzenie ciepła w czystej postaci bezrównoczesnego udziału innych sposobów wymiany ciepła występuje rzadziej (przyniewielkich warstwach i przepływie laminarnym).1/11Katedra Inżynierii i AparaturyProcesowej2 Cel ćwiczeniaC011. Praktyczne rozróżnienie mechanizmów ruchu ciepła podczas wnikania.2. Doświadczalne wyznaczenie wartości współczynników wnikania ciepła.3. Obliczenie współczynników wnikania ciepła w oparciu o bezwymiarowe równaniakorelacyjne.3. Wykonanie ćwiczeniaSchemat stanowiska doświadczalnego przedstawia rys. 1.LZRys. 1. Schemat stanowiska: 1 – amperomierz; 2 – termometr elektroniczny;3 – anemometr czaszowy; 4 – autotransformator; 5 - woltomierz, 6 – rura z grzejnikiemelektrycznym; 7 - wentylator1. Zestawić układ pomiarowy wg schematu.2. Założyć ekran zabezpieczający przed niekontrolowanym ruchem powietrza podczaskonwekcji naturalnej.3. Nastawić za pomocą autotransformatora, zadane przez prowadzącego wartościparametrów napięcia U oraz natężenia prądu I.4. Z chwilą włączenia zasilania rozpocząć odczyty wskazań mierników na stanowiskui temperatury otoczenia. Odczyty prowadzić w odstępach 3-minutowych zapisującwyniki w tabeli sporządzonej wg wzoru - tab. 1.5. Gdy trzy kolejne odczyty temperatury powierzchni rurociągu powtarzają się, możnaprzyjąć, że ruch ciepła w układzie ustalił się, a zatem w warunkach konwekcjinaturalnej pomiar uznajemy za zakończony.6. Po zakończeniu powyższej części doświadczenia należy usunąć ekran otaczającybadany rurociąg.7. Nie zmieniając parametrów obciążenia grzejnika, włączyć wentylator, a następnieosiągnąć takie wzajemne położenie wentylatora i czujnika anemometru by prędkośćprzepływu powietrza w bezpośrednim otoczeniu rury była jak największa.8. Odczyty temperatur prowadzić jak poprzednio, aż do osiągnięcia ustalonego ruchuciepła.2/11Katedra Inżynierii i AparaturyProcesowej3. Opracowanie wyników pomiarówC011. Wyniki pomiarów należy umieścić w tabeli 1 (wzór). W kolumnie 8 tabeli podaćgodzinę rozpoczęcia i zakończenia doświadczenia oraz w jakich warunkachprowadzono pomiary.2. Niezbędne do obliczeń fizykochemiczne właściwości powietrza należy odczytaćz załączonych tabel dla temperatury średniej między temperaturą otoczeniai temperaturą ścianki. Wszystkie wartości umieścić w tabeli sporządzonej wg wzorutab. 2.3. Wydajność cieplną układu Q obliczyć na podstawie wyników pomiarów parametrówobciążenia spirali grzejnika, przyjmując współczynnik sprawności= 0,9.Q�½UICiepło jest oddawane przez rurociąg do otoczenia głównie przez konwekcję, aleczęść jest także wypromieniowana. W warunkach konwekcji naturalnej udziałwypromieniowanego ciepłaQjest stosunkowo duży, dlatego należy go obliczyć.Stąd ciepło przekazane do otoczenia w procesie wnikania wyniesie:Ww�½QQIlość ciepła oddawanego powietrzu przez promieniowanie można obliczyć w sposóbuproszczony. W tabeli 7 podano ilość ciepła wypromieniowanego q przez 1m2powierzchni ciała idealnie czarnego do otoczenia. Ponieważ powierzchnia rury jestszara, ilość ciepła wypromieniowanego jest mniejsza.Q�½qFZdolność emulsjidla rury stalowej można przyjąć na poziomie= 0,82.W warunkach konwekcji wymuszonej ruch ciepła przez wnikanie jest na tyleintensywny, że promieniowanie można pominąć, wówczas:QwQ4. Obliczyć praktyczne wartości współczynników wnikania ciepła w warunkachkonwekcji naturalnej i wymuszonej korzystając z równań 16 podanych w tabeli 3.5. Na podstawie danych zestawionych w tabeli 2 i wyników pomiarów, za pomocąrównań 712 określić teoretyczną wartość współczynnika wnikania ciepław warunkach konwekcji naturalnej.Trzeba tu skorzystać z równań kryterialnych. W tym celu należy obliczyć liczbęGrashofa,Gr�½gth322gdzie:g - przyspieszenie ziemskie [m/s2]- współczynnik rozszerzalności objętościowej [1/K]t- różnica temp. między ścianą a otoczeniem [C]3/11Katedra Inżynierii i AparaturyProcesowejh - charakterystyczny wymiar liniowy [m]- gęstość ośrodka [kg/m3]- lepkość dynamiczna ośrodka [Pas]a następnie skorzystać z korelacji liczb bezwymiarowychNu�½CGrPriC01przy czym stałą C należy przyjąć z tabeli 5 z uwzględnieniem rzeczywistej geometriiukładu i wartości wyrażenia (GrPr), natomiast wartość współczynnika (i) przyjąćz tabeli 6 w zależności od wartości wyrażenia (GrPr).Wartość współczynnika wnikania ciepła można obliczyć z zależności�½Nuhgdzie:Nu - liczba Nusselta- współczynnik przenikania ciepła [W/(mK)]h – charakterystyczny, pionowy wymiar liniowy [m]Charakterystycznym pionowym wymiaremdoświadczenia jest średnica rury (d), stąd�½Nudliniowym(h)dlawarunków6. Korzystając z danych w tabeli 2 i wyników pomiarów, za pomocą równań 1315(tab. 4) obliczyć także wartość teoretyczną współczynnika wnikania ciepław warunkach konwekcji wymuszonej. W tym przypadku znana jest prędkośćprzepływu powietrza, dlatego można obliczyć tu liczbę ReynoldsaRe�½udgdzie:u - prędkość przepływu powietrza [m/s]d - średnica rury [m]- gęstość powietrza [kg/m3]- współczynnik lepkości dynamicznej [Pas]Dla burzliwego przepływu czynnika w poprzek poziomej rury, współczynnikwnikania ciepła można obliczyć w oparciu o równanie:Nu�½,26Re,6Pr,3wówczas�½Nud4/11Katedra Inżynierii i AparaturyProcesowejC017. Tok obliczeń i ich wyniki należy podać w tabelach 3, 4 (wzór).8. Przeprowadzić analizę zebranego materiału liczbowego i wyciągnąć wnioski.Uwaga!Do obliczeń przyjąć wymiary rury stalowej L= 0,367 m i d = 36 mm5/11 [ Pobierz całość w formacie PDF ]
  • zanotowane.pl
  • doc.pisz.pl
  • pdf.pisz.pl
  • klobuckfatima.xlx.pl