Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ТЕПЛОТЕХНИКА, ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ
Методические указания к лабораторным работам
(фрагмент учебного пособия)
Лабораторная работа №4
Тепло-влажностный режим строительных ограждений.
Конденсация влаги в толще ограждений.
Цель работы: Определить распределение влаги и наличии зоны конденсации в толще ограждения при различных вариантах расположения слоя тепловой изоляции, выбрать оптимальный вариант.
Влага, содержащаяся в воздухе, может конденсироваться на поверхности и внутри наружной стены. Поверхностная конденсация происходит в случае соприкосновения теплого воздуха помещения с холодной поверхностью стены, при условии tв<tр(температура внутренней поверхности стены меньше температуры «точки росы»).
В зимнее же время водяной пар внутреннего воздуха, диффундируя через наружные ограждения, может встретить слои ограждения, температуру которых будет ниже «точки росы». Возникает конденсация влаги уже в толще ограждения. Избежать конденсации в толще удаётся далеко не всегда. Часто приходиться ориентироваться на естественную просушку ограждения в теплое время года. Просушка наиболее эффективна в ограждениях нижних этажей, в которых даже при безветрии поступает большое количество свежего (сухого) воздуха, а также в ограждениях, непосредственно обдуваемых ветром или облучаемых солнцем. Для неблагоприятных случаев целесообразно проветривание помещений и специальная вентиляция.
Конденсация влаги в толще ограждения происходит, если фактическая упругость водяных паров воздуха e, мм. вод. ст. достигает величины максимальной упругости водяных паров E, мм. вод. ст.
Для выявления наличия или отсутствия конденсации в толще стены необходимо выполнить следующее:
1.Построить график распределения температур в стене t=f(x)
2.Построить линию распределения в стене максимальной упругости водяных паров E=j(x)
3.Построить линию распределения реальной упругости водяных паров e=ψ(x)
4.Сравнить графики e=ψ(x) и E=φ(x) и выяснить наличие зоны конденсации (область между точками пересечения графиков).
Для построения температурного графика t=f(x) необходимо определить температуры внутренней поверхности, в заданных сечениях слоёв, на границе слоёв и температуру наружной поверхности. Для определения температур в указанных точках необходимо знать расчётные соотношения, характеризующие теплообмен через стену.
Процесс теплообмена между внутренним и наружным воздухом через разделительную стенку называется теплопередачей.
Количество теплоты, теряемое через стенку, определяется с помощью уравнения теплопередачи:
Q = kF(tв– tн) = (1)
где k – коэффициент теплопередачи, вт/(м2 оС); αв, αн – коэффициент теплоотдачи соответственно внутренней и наружной поверхностей ограждения, вт/(м2 оС); λ - коэффициент теплопроводности материала ограждения, вт/м2град; tв, tн– температура соответственно внутри и снаружи помещения,оC; F– поверхность ограждения, м2.
Процесс теплопередачи складывается на трёх процессов:
1) теплоотдачи от внутреннего воздуха и внутренней поверхности стены, при этом количество теплоты отдаваемое воздухом поверхности соответствует закону Ньютона-Рихмана:
Q=, (2)
где τв – температура на внутренней поверхности стены, оC ; Rв=1/αв, – сопротивление теплоотдаче с внутренней поверхности стены, м2 оC/вт.
2) теплопроводности стены, причем согласно закону Фурье стена проводит следующее количество теплоты:
, (3)
где τнп – температура на наружной поверхности стены, оC;
Rст = – сопротивление теплопроводности стены из n слоёв, (м2 оC) /вт.
3) теплоотдачи от наружной поверхности стены к воздуху
Q = αн·(τнп– tн)·F (4)
При установившемся(стационарном) теплообмене тепловой поток остается неизменным. Одно и тоже количество теплоты отдаётся от воздуха к поверхности и передаётся через стенку.
(tв – δвп) = k(tб – tн) (5)
Из уравнения 5 определяется температура на внутренней поверхности стены
(6)
Аналогично находится температура наружной поверхности
(7)
Сравнивая тепловой поток, воспринимаемой поверхностью и проводимый через первый слой, найдем температуру на границе 2-ух слоёв:
(8)
Приравнивая тепловой поток, через первый слой стены и часть этого слоя с толщиной x1,. Определяется температура в точке первого слоя:
(9)
Температуру в сечении x2 второго слоя можно определить по следующему уравнению:
(10)
Распределение водяных паров в толще стены.
а) максимальная упругость водяных паров- существует однозначная зависимость максимального содержания водяного пара в воздухе от температуры
Если t > 0, то
Если t < 0, то (11)
Rпв = 0,0267, (м2·ч·рт.ст.)/г ; Rпн = 0,0052 , (м2·ч·рт.ст.)/г
Следовательно, зная распределения температуре стене, можно определить максимальную упругость водяного пара в любом сечении.
б) фактическая упругость водяных паров - действительное распределение упругости водяного пара зависит от влажности внутреннего и наружного воздуха и величины сопротивления паропроницанию внутренней и наружной воздуха и внутренних слоёв стены.
Значение действительной упругости водяного пара, которое было бы при отсутствии конденсации влаги в толще стены
(12)
где eв = φEв-упругость водяного пара с внутренней стороны стены, мм рт. ст.; eн = φEнк- упругость водяного пара с наружной стороны стены, мм рт. ст.; Rвп - сопротивление паропроницанию внутренней поверхности стены, (м2 ч мм рт.ст.)/г, Rвп = 0,2 , (м2·ч·рт.ст.)/г;
Rнп - сопротивление паропроницанию наружной поверхности сте-
ны, (м2ч мм рт.ст.)/г, Rвп = 0,1 , (м2·ч·рт.ст.)/г; Rоп –сопротивление паропроницанию ограждения, которое определяется по формуле (13):
Rоп = Rвп + SRi + Rнп (13) где SRi- сумма сопротивлений паропроницанию внутренних слоёв стены от внутренней поверхности(м2·ч·рт.ст.)/г.
На рис.1- характерные варианты расположения линий e и E в однослойном ограждении (всегда e<E), схема б)- о конденсации в толще, так как в отдельных сечениях упругость e>E.
Рис.1. Варианты расположения линий Е и е в однослойном ограждении
Зона конденсации уменьшается между точками А и Б, получаемыми касательными, проведенными к кривой Е из точек eвп и eнп. Действительная( уже с учетом конденсации) линия упругости представляет собой участок прямой eвп-А, кривую А-Б и прямую Б - eнп.
Содержание работы
В работе задана двухслойная стена, необходимо исследовать влияние различных вариантов расположения слоя тепловой изоляции на возможность образования зоны конденсации влаги в стене. Для этого проводится расчёт для двух вариантов конструкции стены:
Реальный процесс распределения влаги в толще многослойного ограждения заменяется математическим моделированием его на ЭВМ, по формулам.
Рис.2.Схема расположения конструктивного и теплоизоляционного слоев
в ограждающих конструкциях.
Задание.
1.Выбрать материал и толщину каждого слоя стены.
2.По СниП.3-79 выписать теплотехнические характеристики каждого материала λ,μ,
3.Задать характеристики внутренней и наружной среды: tв,tн,φв,φн.
4.Записать расчетные значения параметров для каждого слоя: t- температуру на границе слоя;
E- максимальную упругость слоя;
e –фактическую упругость слоя.
5.Построить графики t = f(δ), E = f(δ), e = f(δ) и исследовать возможность зоны конденсации.
6.Сделать выводы.
Внимание!!!
1.Расчет ведется только для двухслойной стенки.
2.Теплоизоляционный материал со значением <.
Лабораторная работа №5
Определение степени изменения теплоотдачи отопительного прибора при переходе в нерасчётный режим.
Цель работы. Определение теплоотдачи прибора при изменённых параметрах теплоносителя.
Теоретическая часть.
Поддержание внутренней температуры воздуха в помещении на расчётном уровне в течении всего отопительного сезона обеспечивается при выполнении условия:
(1)
где - текущая теплоотдача элементов системы отопления в помещение.
Изменение теплоотдачи элементов постоянно действующей системы отопления обеспечивают, прежде всего, путём централизованного изменения параметров теплоносителя (температуры, расхода). Реже это достигают при прерывистом отоплении, при переходе к применению другой отопительной установки (дежурное отопление) или за счёт изменения интенсив ности теплоотдачи отопительных приборов (например, при использовании воздушного клапана в конвекторе с кожухом). Иногда используют несколько факторов, вызывающих изменения теплоподачи в помещения.
Регулирование разветвлённой системы отопления должно сопровождаться равномерным изменением теплоотдачи всех элементов системы. Такое свойство системы пропорционально изменять теплоотдачу элементов при изменении какого либо параметра или их сочетания называют тепловой устойчивостью системы отопления.
Часто тепловую устойчивость связывают с гидравлической устойчивостью - свойством пропорционально изменять расход теплоносителя во всех элементах системы отопления при централизованном изменении его количества. Полной взаимосвязи во всех системах отопления между гидравлической и тепловой устойчивостью не наблюдается. Связано это с непостоянством коэффициента теплопередачи нагревательных элементов системы при изменении в ней температуры и расхода теплоносителя.
Рассмотрим переменный тепловой режим элемента системы на примере участка системы водяного отопления. Теплоотдача участка системы сопровождается изменением температуры воды на выходе из элемента t0 при известных значениях температуры воды на входе и расход воды G по известному выражению:
(2)
Где с - удельная массовая теплоёмкость воды. - Температура t0 может быть определена с использованием так называемой тепловой характеристики элемента Т*. Тепловая характеристика предложена при решении дифференциального уравнения теплопередачи при движении нагретой жидкости через участок системы отопления:
(3)
где
- средняя разность температуры, °С; G - расход воды, кг/с; m,n,p - показатели (из справочной литературы).
После преобразований получим выражение для вычисления текущей средней разности теплоносителя и окружающего элемента воздуха:
(4)
а также тепловой характеристики элемента Т, определяющей процесс теплопередачи элемента системы отопления:
(5)
Уравнения (4) и (5) совместно приводят к -формуле для определения температуры на выходе из теплоотдающего элемента системы при расходе воды, равном расчетному:
(6)
Переменный тепловой режим работы системы водяного отопления характеризуется также возможным изменением расхода теплоносителя G. Изменение расхода может происходить вследствие количественного регулирования или воздействия естественного циркуляционного давления. В этом случае значение тепловой характеристики элемента Т уточняют по формуле.
(7)
где Т' - тепловая характеристика элемента, полученная при подстановке в формулу (5) расчетных температурных параметров.
Задание по выполнению работы.
1. Ознакомиться с теорией.
2. Вычислить степень уменьшения теплоотдачи отопительного прибора в системе водяного отопления при сокращении расхода воды в нем от G'=350 до G= 300 кг/ч и понижении температуры на входе в прибор = 105°С до tг=80°С, если задана tв= tв' =18°C ; tо'=103 °C.(n=0,35; p=0,07) (один из вариантов задания)
Лабораторная работа №6
Выбор покровного слоя отопительной панели
Цель работы
Изучить влияние толщины цилиндрического слоя бетона, нанесенного на трубопровод на величину теплового потока, передаваемого от горячей воды в трубопроводе к окружающему воздуху.
Теоретические основы
Отопительная панель представляет собой, как правило, змеевик из стальных труб, заделанный в тонкую бетонную плиту.
Максимальный тепловой поток от такого прибора можно получить только при правильном выборе толщины слоя , нанесенного на трубу.
Количество теплоты, передаваемой от горячей волны через стенку к воздуху в отопительных приборах определяется с помощью основного уравнения теплопередачи:
, Вт , (1)
где k – коэффициент теплопередачи, Вт/м²·ºС; F – поверхность теплообмена, м²; t1, t2 - температура воды внутри прибора и окружающего воздуха; Rо – фактическое сопротивление теплопередачи, м²·ºС.
Сопротивление теплопередачи стенки, покрытой дополнительным слоем равно:
, (2)
где Rв, Rн – сопротивление внутренней и наружной теплопередачи; Rст, Rсл – термическое сопротивление стенки и слоя.
Для плоской стенки дополнительный слой, нанесенный на ее поверхность, всегда повышает суммарное сопротивление и снижает количество теплоты, передаваемой через такую стенку
(см. формулу (1) ).
Сопротивление теплопередачи плоской стенки:
R1 +Rст+ Rсл+R2 = (3)
Сопротивление теплопередачи цилиндрической стенки:
R1 +Rст+ Rсл+R2 =, (4)
где α1 – коэффициент теплопередачи от горячего теплоносителя к внутренней поверхности стенки; α2 – коэффициент теплопередачи от поверхности слоя к холодному теплоносителю.
При увеличении диаметра слоя на цилиндрической стенке сопротивление теплопроводности Rсл растет, т.к. увеличивается толщина слоя, а сопротивление теплоотдачи R2 падает, т.к. увеличивается наружная поверхность, растут потери за счет теплоотдачи с поверхности.
При двух противодействующих факторах суммарное сопротивление цилиндрической стенки при определенном диаметре, называемом критическим принимает минимальное значение (см. рис.1)
Рис.1 Зависимость сопротивлений от диаметра изоляции .
Минимальному сопротивлению изоляции соответствует максимальные потери теплопроводом (см.рис.2)
Рис.2. Зависимость удельных потерь тепла от диаметра покровного слоя.
Критический диаметр определяется по формуле:
(5)
Из условия d2≥ dкр выбирается материал слоя.
Рис.3.Схема испытательного стенда.
На стенде расположен горизонтальный теплопровод 1 с диаметром d1, покрытый слоем бетона, имеющий внутренний и наружный диаметры d2 и dсл соответственно. К наружной поверхности теплоизолированного трубопровода 2 прикреплен датчик 3 измерителя теплового потока 4. В качестве измерителя теплового в диапазоне тепловых потоков до 1000 Вт/м² применяется прибор ИТП-12
Прибор состоит из преобразователя теплового потока (тепломера) и электронного устройства преобразования и измерения сигналов. Тепломер выполнен по методу вспомогательной стенки, в качестве которой используются гальванические термоэлементы, расположенные параллельно по тепловому потоку и соединенные последовательно по электрическому сигналу. Отсчет показаний производится в единицах плотности теплового потока (Вт/м²). Термопары 5,8 и потенциометр 6 служат для измерения температуры поверхностей бетонного слоя.
Задания к лабораторной работе
1. Снять показания термопар 5 и 8 и тепломера 6. Записать данные установки (d2 , dсл ) и показания приборов в табл.1.
2. Определить теплопроводность бетона λсл, исходя из уравнения теплопроводности цилиндрической стенки.
(6)
Результат записать в табл.1.
3.Определить коэффициент теплоотдачи от поверхности бетона к окружающей среде, используя потенциальное уравнение теплоотдачи:
(7)
где ; λж = λвоз при tср
Gr=βg; ; tвоз = 20 ºС; Δt = t5 - tвоз
, g = 9,81 м/с2
4. Определить критический диаметр для бетонного слоя с λсл по уравнению 5 .Результаты занести в табл. 2.
5. Проанализировать результаты. Являются ли материалы слоя и его диаметр оптимальными для данной обетонированной трубы как для отопительного прибора?
6. Произвести, если это необходимо, выбор более оптимального покровного слоя
Таблица 1
|
Величина |
d2 |
dсл |
Q |
t5 |
t4 |
λ |
|
№ опыта |
м |
м |
Вт |
ºС |
ºС |
Вт/м²·ºС |
|
1 2 3 |
Определение теплоотдачи бетонного слоя и критического диаметра слоя
Таблица 2
|
t4 |
tв |
Δt=t5-t6 |
Gr |
Pr |
Nu |
α |
dкр |
|
oC |
oC |
oC |
Вт/м2оС |
м |
|||
Варианты заданий
1. l =1,006 м, d2 = 0,02 м, dсл =0,18 м, t4 =79,1оС, t5=67,7оС ,
Q = 27,0896 Вт
Рассчитайте коэффициент теплопроводности покровного слоя по формуле 6 из методического пособия.
2. l = 0,809 м, d2 = 0,01 м, dсл = 0.12 м, t4 = 81,9оС, t5=70,9оС,
Q = 22,3203 Вт
Рассчитайте коэффициент теплопроводности покровного слоя по формуле 6 из методического пособия.
3. l = 1,012 м, d2 = 0,01 м, dсл = 0,15 м, t4 = 74.4оС, t5= 64,2оС,
Q = 26,0803 Вт
Рассчитайте коэффициент теплопроводности покровного слоя по формуле 6 из методического пособия.
4. l = 1,146 м,d2 = 0,02 м, dсл = 0,2 м, t4 = 72,7оС, t5= 64оС ,
Q = 41,3662 Вт
Рассчитайте коэффициент теплопроводности покровного слоя по формуле 6 из методического пособия.
Приложение
Физические параметры для сухого воздуха при давлении 101325 Н/м2
Таблица 3
|
Т, К |
λ, Вт/(м·оС) ×10-2 |
ν, м2/с ×106 |
Pr |
|
263 273 283 293 303 313 323 333 343 353 363 |
2,361 2,442 2,512 2,593 2,675 2,765 2,826 2,896 2,960 3,050 3,130 |
12,46 13,28 14,16 15,06 16,00 16,96 17,95 18,87 20,02 21,09 22,10 |
0,712 0,707 0,705 0,703 0,701 0,699 0,698 0,996 0,694 0,992 0,690 |
Лабораторная работа №7
Исследование процессов во влажном воздухе
Цель работы
Целью настоящей работы является изучение свойств влажного воздуха и определение влажности воздуха, а также определение температуры «точки росы».
Для подготовки к работе необходимо изучить соответствующие разделы следующих литературных источников:
Тихомиров К.В. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция, 1974. §19.
Гусев В.Н. Теплоснабжение и вентиляция, 1975, §30.
Теоретические основы.
Температура и связанная с ней влажность воздуха помещений, а также температура внутренней поверхности наружных ограждений имеет большое санитарно-гигиеническое значение.
Для обеспечения нормальной терморегуляции человек должен отдавать тепло в окружающую среду. Тепло, отдаваемое телом человека, передается в окружающую среду: теплопроводностью, конвекцией, мочеиспусканием и через испарение влаги с поверхности тела. Любой из способов связан с температурой и влажностью окружающего воздуха. А температура на внутренних поверхностях ограждений должна обеспечивать невыпадение конденсата (росы) на поверхностях. Таким образом, для удовлетворения санитарно-гигиенических требований необходимо обеспечить температурный и влажностный режим бытовых и общественных помещений согласно нормативных требований при проектировании систем отопления, вентиляции и установок кондиционирования воздуха.
Рассмотрим свойства воздуха.
Окружающий нас атмосферный воздух является смесью газов. Он практически всегда бывает влажным. Водяные пары могут находится в воздухе как в перегретом, так и в насыщенном состоянии. Сухая часть воздуха обычно содержит 78% азота (по объему), около 21% кислорода и небольшое количество других газов. Содержание водяных паров в атмосферном воздухе определяется в основном его температурой. В большинстве случаев водяной пар в воздухе находится в перегретом состоянии, и такая пароводяная смесь может быть отнесена к идеальным газам подчиняющихся закону Дальтона: давление влажного воздуха (барометрическое давление для нашего случая) равно сумме парциальнах давлений сухого воздуха и пара.
Рб = Рс..в + Рп
Если температура влажного воздуха t больше температуры насыщенного воздуха tS, соответствующей парциальному давления пара, то пар в таком воздухе не насыщает пространство и является перегретым, такая смесь сухого воздуха с перегретым паром называется насыщенным воздухом. Если понижать температуру насыщенного воздуха, то может наступить такой момент, когда температура пара tп, равная температуре влажного воздуха t окажется равной также и температуре насыщения tп= t = tS , а Рп = РS . В этом случае пар во влажном воздухе оказывается сухим насыщенным. При дальнейшем охлаждении влажного воздуха пар начинает конденсироваться, т.е будет наблюдаться образование тумана (выпадения росы).
Температура, равная температуре насыщения при парциальном давлении пара во влажном воздухе, называется температурой точки росы.
Основными характеристиками влажного воздуха являются следующие:
Относительная влажность воздуха φ, которая определяет степень насыщения воздуха водяным паром:
φ = (2)
- плотность пара соответственно ненасыщенного и насыщенного воздуха при одной и той же температуре.
Pп , PS - парциальные давления пара в ненасыщенном и насыщенном воздухе при одной и той же температуре.
Для насыщенного воздуха φ = 1 и 100%, а для ненасыщенного влажного воздуха φ < 1.
Относительную влажность определяют с помощью прибора, называемого психрометром. Психрометр состоит из двух термометров, один из которых обернут батистовой тканью для постоянного смачивания резервуара термометра водой. С поверхности резервуара термометра постоянно происходит испарение влаги. Интенсивность испарения зависит от влажности и температуры окружающего воздуха: чем меньше насыщен влагой воздух, тем интенсивнее испарение «мокрого» термометра и ниже его показания, так как на испарение расходуется тепло. По показаниям сухого и «мокрого» термометров с помощью I-d- диаграммы можно определить относительную влажность воздуха.
2. Абсолютная влажность D, которая определяет массу водяного пара содержащегося в 1 м3 влажного воздуха. Однако, чаще используют для характеристики воздуха понятие влагосодержания.
3. Влагосодержание воздуха d – есть отношение массы водяного пара (в граммах) к единице массы сухого воздуха
(3)
Выразив массы пара и сухого воздуха через их молекулярные массы, парциальные давления и относительную влажность получим:
(4)
или (5)
4.Теплосодержание влажного воздуха (энтальпия) I – есть количество тепла, содержащееся во влажном воздухе отнесенное к единице массы сухого воздуха. Энтальпия влажного воздуха равна сумме энтальпий сухого воздуха и водяного пара, Дж/кг.с.в.
I = Iс..в.+ Iп
I =1,0005t + (2500+1,8t) (6)
На основе уравнений 4,5 и6 проф. Л.К.Рамзиным в 1918 году была составлена I-d- диаграмма, широко используемая для расчетов связанных с изменением состояния влажного воздуха. Диаграмма имеется в указанных ранее литературных источниках, а также имеется на лабораторном стенде. Фрагменты диаграммы приведены на рисунках ниже.
Она построена (для лучшего использования площади диаграммы) в косоугольной системе координат.
По оси ординат отложены значения энтальпии I, по оси абцисс, направленный под углом 135оС к оси I , отложены значения влагосодержания d (рис.1). Для удобства значения влагосодержаний спроектировано на горизонтальную ось.
Поле диаграммы разбито линиями постоянных энтальпий I=const и влагосодержаний d=const. На него также нанесены линии постоянных значений температуры t=const и значений относительной влажности φ=const. В нижней части диаграммы расположена линия имеющая самостоятельную ось ординат. Она связывает в соответствии с выражением (4) влагосодержание d, с парциальным давлением пара. Ось ординат этого графика является шкала парциального давления водяного пара Рп.
Поле I-d-диаграммы разделено линией φ= 100% на две части. Выше этой линии расположена область ненасыщенного воздуха. Линия φ= 100% соответствует состоянию воздуха, насыщенного водяными парами. Ниже этой линии – область перенасыщенного воздуха (область тумана).
Каждая точка в поле диаграммы соответствует определенному тепловлажностному состоянию воздуха. Положение точки определенному тепловлажностному состоянию воздуха. Положение точки определены по
I-d-диаграмме, как производные. Кроме того, можно определить температуру «точки росы» tр и температура мокрого термометра tм .
Температурой точки росы называется наинизшая температура до которой можно охладить воздух при сохранении его влагосодержания постоянным. Для получения этой температуры нужно на I-d-диаграмме (рис.2) от точки (А) соответствующей данному состоянию воздуха (например t и φ) опуститься по линии d=const
до пересечения с линией φ=100% (точка В)
Проходящая через точку пересечения (В) линия t=const будет соответствовать значению tр .
Температура мокрого термометра равна температуре насыщенного водными парами воздуха при данной энтальпии. На I-d-диаграмме температура tм соответствует линия t=const проходящая через точку пересечения линии I=const заданного состояния (А) с линией φ=100%. Точка (С) будет соответствовать значению - tм .
Задание
В настоящей работе по показаниям сухого и мокрого термометров t и tм необходимо определить относительную влажность воздуха в лаборатории, его влагосодержание, энтальпию и температуру точки росы tр, используя при этом I-d-диаграмму.
Для определения на диаграмме точки (А), характеризующее свойства влажного воздуха необходимо:
нанести на диаграмму точку (С) соответствующую значению tм ; для этого найдем линию t=const, где t=tм; пересечение изотермы с линией φ=100% дает искомую точку (С). (Рис.2)
состояние в I=const, исходящей из точки (С), с изотермой t=const, где t берется по показанию сухого термометра.
Для определения tр находим точку (В). Она лежит на пересечении линий d=const , исходящей из точки (А), и линии φ=100%. Изотерма t=const, проходящая через точку (В) даст нам значение tр.
После определения всех параметров сделать выводы.
Рис. 2 Процесс обработки I-d-диаграммы
Рис 1. I-d-диаграмма влажного воздуха
Лабораторная работа №3
Исследование работы калорифера
Цель работы: При выполнении работы необходимо определит коэффициент теплопередачи для нескольких режимов работы калорифера и на основании экспериментальных опытов построить функциональную зависимость.
Теоретическая часть
Калориферы – специальные теплообменные аппараты. Служат для нагрева воздуха в приточных системах вентиляции, системах кондиционирования воздуха и в системах воздушного отопления.
Они классифицируются по нескольким видам:
1.По виду теплоносителя: водяные, паровые, газовые, электрические.
2.По поверхности теплообмена: гладкотрубные, ребристые.
3.По характеру движения теплоносителя: одноходовые, многоходовые.
4.По количеству рядов труб: средней серии, с тремя рядами труб(серия С);
большой серии, с четырьмя рядами труб (серия Б).
В отопительно-вентиляционной технике наиболее широкое распространение получили водяные и паровые калориферы с пластинчатыми и спиралнонавивными ребрами.
При работе калорифера теплоноситель - пар или горячая вода протекает по трубкам, а нагретый воздух проходит перпендикулярно трубкам через просветы между трубками и ребрами.
Степень теплотехнического совершенства калорифера характеризуется интенсивностью передачи тепла от теплоносителя к нагреваемому воздуху.
Тепловая производительность Q , ккал/ч, калорифера определяется следующей зависимостью:
Q=K·Δtср·F (1)
где K – коэффициент теплопередачи, ккал/(ч·м²·˚С);
Δtср– разность средних температур теплоносителя и воздуха, ˚С;
F – поверхность нагрева, м².
В ребристых калориферах наружная поверхность труб имеет оребрение, благодаря чему площадь теплоотдающей поверхности увеличивается, и они являются более совершенными в теплотехническом отношении по сравнению с гладкотрубными.
Коэффициент теплопередачи калорифера зависит как от конструктивных особенностей самого калорифера, так и от вида теплоносителя, массовой скорости движения воздуха ρWв(кг/м²·с), скорости движения теплоносителя в трубках Wт(м/с), режимов движения теплоносителя.
Разность средних температур теплоносителя Δtср определяется по выражению:
Δtср= (tг – tо)/2 – (tк – tн)/2 (2)
где tг, tо – начальная и конечная температура воды, ˚С;
tк, tн –конечная и начальная температуры нагреваемого воздуха,˚С;
Описание опытной установки
Принципиальная схема экспериментальной учебно-исследовательской установки приведена на рис.1
Рис.1.Схема опытной установки
Рис 2.Схема движения теплоносителей в калорифере.
Технические характеристики калорифера:
1.Медные трубки d1/d2=10/12 мм с оребрением;
2.Коллектор для подвода горячей воды;
3.Коллектор для отвода охлажденной воды;
4.Корпус калорифера 240х360 мм.
Калорифер по движению воды – 3х-заходный 14-ти ходовой.
Поверхность нагрева F = 0,538 м².
Живое сечение трубок для прихода воды fтр=0,000236 м².
Живое сечение межтрубного пространства для прохода воздуха fв=0,0654 м².
Диаметр сопла на входе воздуха dс=36,2 мм.
Сечение в плоскости сопла Fтв=0,00103 м².
На установке предлагается проводить опыты по двум программам:
1)Расход воздуха постоянный, расход воды переменный;
2)Расход воздуха переменный, расход воды постоянный.
Программа назначается преподавателем. Для определения опытного значения коэффициента
теплопередачи необходимо провести серию из 3-4 опытов, меняя либо расход воздуха, либо расход воды.
Расход горячей воды Gт, кг/ч определяется с помощью мерной мензурки и секундомера, и вычисляется по формуле,
Gт= 3600·(V·ρо)/z (3)
где V – объем мензурки, м³;
ρо – плотность воды при ее температуре на выходе ,кг/ м³;
z – время заполнения мензурки, с.
Скорость движения воды в трубках калорифера, м/с,
Wт= Gт/(ρт··fтр·3600) (4)
где ρт·- плотность воды при ее средней температуре в калорифере, кг/ м³;
fтр- площадь живого сечения трубок калорифера для прохода воды, м²( fтр=0,000236 м²).
Количество воздуха, проходящего через калорифер , определяется по формуле ,
Gв= 3600·Fтв·Wв·ρв· (5)
где Fтв- площадь сечения трубы в точке измерения скорости, в которой протекает воздух,
(Fтв= 0,00103 м²).
ρв·- плотность воздуха на выходе, кг/ м³;( ρв= 353/(273+ tв )
Температура воды на выходе калорифера определяется с помощью термометра, причем здесь tв=tк .
(Начальное значение температуры воздуха tн определяется с помощью термометра установленного в помещении лаборатории).
Средняя скорость движения воздуха в трубе в точке ее измерения, м/с,
(6)
Для измерения динамического давления hg (кг/ м²) в трубе установлена измерительная игла (пневмометрическая трубка). По показаниям уровня спиртового столбика Δh (мм) микроманометра определяется hg= kΔh (здесь k – приведенный коэффициент угла наклона измерительной трубки микроманометра).
Количество тепла, воспринятое воздухом, определяется по формуле,
Q= Gв св·(tк- tн) (7)
где св – массовая теплоемкость воздуха, ккал/(кг·˚С), при средней температуре воздуха
(св =0,24 ккал/(кг·˚С) ;
tк, tн- конечная и начальная температуры воздуха, ˚С.
Коэффициент теплопередачи калорифера определяется из условия баланса количества тепла, воспринятого воздухом и переданного от теплоносителя к проходящему воздуху,
К = (8)
где F – поверхность нагрева калорифера, м² (F =0,538 м²).
Определение зависимости К = f(ρвWв,Wт)
На основании целого ряда уже известных исследований определен общий вид уравнения для коэффициента теплопередачи.
Для теплоносителя (горячей воды),
К =А(ρвWв)nWтm (9)
На основании опытных данных можно получить уравнение для определения К, т.е. найти коэффициенты А,n,m. Постановка такой задачи потребует большой серии опытов, что затруднительно сделать в рамках одного занятия.
В работе задача упрощена. Проводится 3-4 опыта на различных расходах воды при неизменных расходе воздуха.( Wв=const)
Тогда уравнение (9) представится выражением
К =АWтm (10)
Измерив 3-4 раза Wт и определив А и К , строим зависимость lg(K)= f(lgWТ)
Выбрав на отрезке прямой две точки 1 и 2 , найдем соответствующие им значения lgK1, lgK2, lg(WТ)1, lg(WТ)2.
Далее определим тангенс угла наклона прямой к оси абцисс , который равен степени m:
m ==
Постоянная А определяется из уравнения
А=
Подставив полученные значения А и m в уравнение (10) получим эмпирическое уравнение для определения К..
Измерять температуру воды и воздуха на выходе из калорифера следует только после установления стационарного режима. Режим считается установившемся если температуры не меняются в течении 10-15 минут. Только после установления стационарного режима можно снять показания термометров и записать данные.
Результаты измерений и расчетов заносятся в таблицу.