Определение коэффициента теплопередачи при движении воздуха в трубе при различных скоростях течения

 

Министерство образования  и науки РФ

Федеральное государственное  автономное учреждение высшего профессионального  образования

Национальный исследовательский  технологический университет «МИСиС»

Новотроицкий филиал

 

 

 

Кафедра МТ

 

 

 

 

 

Отчеты по лабораторным работам  по дисциплине «Теплотехника»

 

 

                                                                            Выполнил: Королева В.А.

                                                                             Проверил: Куницина Н.Г.

 

 

 

 

 

 

 

 

Новотроицк 2013г.

Лабораторная  работа 1

Определение коэффициента теплопередачи при движении воздуха  в трубе при различных скоростях  течения

 Цель работы

Изучение влияния скорости течения греющего теплоносителя  в трубе на средний коэффициент  теплопередачи.

 

Оборудование

Работа выполняется на учебном стенде ТПГ-010-5ЛР-01 «Тепловые  процессы в газах». Стенд учебный  выполнен в виде настольной конструкции 1. Ноутбук 9 рекомендуется размещать  рядом со стендом (рисунок 1).

 

  На верхней части блока размещен разъем для подключения вакуумного насоса. На лицевой панели размещены тумблеры включения и отключения нагревателей, компрессора и вакуумного насоса, питания системы управления и измерений, кнопка аварийного выключения, контрольные табло, отображающие текущее значения давления в ресивере и расхода воздуха в системе. Под двумя нижними табло размещены потенциометры, позволяющие настраивать мощность проточного нагревателя и время включения нагревателя в емкости постоянного объема. Время включения необходимо настраивать при выключенном тумблере подачи питания на нагреватель. После включения тумблера на нагреватель подается напряжение, а на табло отображается время до окончания нагрева. После автоматической остановки нагрева необходимо выключить тумблер, установить новое желаемое время нагрева и включить тумблер снова.

       Стенд учебный гидравлический «Тепловые процессы в газах» ТПГ-010- 5.1ТР-01 состоит из рамной конструкции 1 с закрепленными на ней элементами исследуемыми, управляющими и измерительными (рисунки 2,3): 

2- электрический блок управления и индикации параметров;

3- трубопровод для измерения вязкости воздуха L=9 м, d=2,4 мм;

4- регулировочная головка клапана редукционного (КР);

5- манометр (МН1) для настройки давления на выходе редукционного клапана;

6- головка регулировочного винта дросселя (ДР2);

7- кран (К1) подачи воздуха к проточному электрическому нагревателю (НЭП);

8- кран (К2) подачи воздуха к электрическому нагревателю (НЭ) в емкости постоянного объема (ЕМ1);

10- емкость (ЕМ1) для изучения теплоемкости газа при постоянном объеме со смонтированным в ней электрическим нагревателем (НЭ) и установленными на наружной поверхности емкости датчиками температуры ДТ2 и ДТЗ;

11- кран (КЗ) для сброса воздуха из емкости (ЕМ1) в атмосферу;

12- кран (Кб) для прямого сброса воздуха из проточного нагревателя (НЭП) в атмосферу;

13- емкость (ЕМ2) с вакуумированием для теплоизоляции проточного нагревателя (НЭП);

14- медный трубопровод для изучения теплопередачи - теплообменник «воздух - воздух» (ТОВ);

15- кран (К5) для соединения выхода трубопровода ТОВ с атмосферой:

16- разъем для подключения электропитания вакуумного насоса;

17- плата АЦП Ь-сагд Е14-140М;

18- блок установки датчика температуры ДТ7 и отбора давления на датчик ДД7;

19- кран (К4) для соединения выхода трубопровода ТРИ с атмосферой;

20- датчик температуры (ДТ6), установленный на проточном электрическом нагревателе (НЭП);

21- датчик давления (ДЦ5), подключенный к выходу проточного нагревателя (НЭП);

22- датчик давления (ДД2), подключенный к емкости (ЕМ1) нагрева при постоянном объеме;

23- проточный электрический нагреватель (НЭП);

24- датчик давления (ДД5), подключенный к вакуумируемому пространству емкости (ЕМ2);

25- дифференциальный датчик давления (ДД7), измеряющий потери давления на измерительном трубопроводе (ТРИ);

26- блок установки датчика температуры ДТ8;

27- обратный клапан (КОВ) системы вакуумирования;

28- штуцер с быстроразъемным соединением для подключения вакуумного насоса (НВ) к емкости ЕМ2;

29- вакуумный насос (НВ);

30- провод с ШВ разъемами для соединения платы АЦП с ноутбуком;

31- сетевой кабель с однофазной вилкой;

32- направляющие для вакуумного насоса.

 
 

 

 

 

 

 

 

 

Номер опыта	1	2	3	4	5
Рекомендуемые значения расхода  воздуха, л/мин	5	4	3	2	1
Расход воздуха, л/мин	5.2	4	3	2	0.9
Температура на входе в трубопровод, , °С	97.5	94.2	92.4	89.6	80.2
Температура на выходе из трубопровода, , °С	24	24	24	24	24
Среднее значение температуры  в трубопроводе, С	60.75	59.1	58.2	56.8	52.1
Температурный напор, , °С	36.75	35.1	34.2	32.8	28.1
Давление на входе в  трубопровод, кПа	102.2	101.7	101.4	101.1	100.8
Среднее значение скорости воздуха в трубопроводе, , м/с	6.894	5.310	3.980	2.627	1.194
Значение коэффициента теплопередачи, Вт/(кг К)	1.459	1.140	0.858	0.571	0.266

 

Содержание отчета

 

 

 

л/мин

 

 

 

 

Вывод: в результате проведенной лабораторной работы, мы изучили влияние скорости течения греющего теплоносителя в трубе на средний коэффициент теплопередачи, чем больше скорость течения, тем больше коэффициент теплопередачи, по графику определили с возрастанием расхода воздуха коэффициент теплопередачи увеличивается.

 

 

Лабораторная  работа 2

Определение теплоемкости воздуха методом нагрева потока при постоянном давлении

 Цель работы

Ознакомление со способом определения удельной теплоемкости воздуха при постоянном давлении методом нагрева потока.

Оборудование

Работа выполняется на учебном стенде ТПГ-010-5ЛР-01 «Тепловые  процессы в газах»

Стенд учебный выполнен в виде настольной конструкции 1 Ноутбук 9 рекомендуется размещать рядом со стендом (рисунок 1).

              1      2      3       4      5       6        7     8     9

Рисунок 1 - Стенд учебный  «Тепловые процессы в газах. Вид  спереди

                 

 

                    29   28   27  15 26   14    24.25   23   12    21,22      10

 

                   16        2      17        3       4     18    5      6      7        8

Рисунок 2 - Стенд учебный  «Тепловые процессы в газах». Вид сверху

 

 

Рисунок 3 - Стенд учебный  «Тепловые процессы в газах. Вид  сбоку

На верхней части блока  размещен разъем для подключения  вакуумного насоса На лицевой панели размещены тумблеры включения и отключения нагревателей, компрессора и вакуумного насоса, питания системы управления и измерений, кнопка аварийного выключения, контрольные табло, отображающие текущее значения давления в ресивере и расхода воздуха в системе. Под двумя нижними табло размещены потенциометры, позволяющие настраивать мощность проточного нагревателя и время включения нагревателя в емкости постоянного объема. Время включения необходимо настраивать при выключенном тумблере подачи питания на нагреватель. После включения тумблера на нагреватель подается напряжение, а на табло отображается время до окончания нагрева. После автоматической остановки нагрева необходимо выключить тумблер, установить новое желаемое время нагрева и включить тумблер снова.

Стенд учебный гидравлический «Тепловые процессы в газах» ТПГ-010- 5ГГР-01 состоит из рамной конструкции 1 с закрепленными на ней элементами исследуемыми, управляющими и измерительными (рисунки 2,3):

2. - электрический блок управления и индикации параметров;
3. - трубопровод для измерения вязкости воздуха L=9 м, d=2,4 мм,
4. - регулировочная головка клапана редукционного (КР);
5. - манометр (МН1) для настройки давления на выходе редукционного клапана;
6. - головка регулировочного винта дросселя (ДР2);
7. - кран (К I) подачи воздуха к проточному электрическому нагревателю (НЭП);
8. - кран (К2) подачи воздуха к электрическому нагревателю (НЭ) в емкости постоянного объема (ЕМ 1);
10. - емкость (ЕМ1) для изучения теплоемкости газа при постоянном объеме со смонтированным в ней электрическим нагревателем (НЭ) и установленными на наружной поверхности емкости датчиками температуры ДТ2 и ДТЗ;
11. - кран (КЗ) для сброса воздуха из емкости (ЕМ1) в атмосферу,
12. - кран (Кб) для прямого сброса воздуха из проточного нагревателя (НЭП) в атмосферу;
13. - емкость (ЕМ2) с вакуумированием для теплоизоляции проточного нагревателя (НЭП);
14. - медный трубопровод для изучения теплопередачи - теплообменник «воздух - воздух» (ТОВ),
15. - кран (К5) для соединения выхода трубопровода ТОВ с атмосферой;
16. - разъем для подключения электропитания вакуумного насоса,
17. - плата АЦП L-сагd Е14-140М;
18. - блок установки датчика температуры ДТ7 и отбора давления на датчик ДД7,
19. - кран (К4) для соединения выхода трубопровода ТРИ с атмосферой;
20. - датчик температуры (ДТ6), установленный на проточном электрическом нагревател (НЭП);

 

21. - датчик давления (ДД5), подключенный к выходу проточного нагревателя (НЭП);
22. - датчик давления (ДД2), подключенный к емкости (ЕМ1) нагрева при постоянном объеме,
23. - проточный электрический нагреватель (11ЭП);
24. - датчик давления (ДД5), подключенный к вакуумируемому пространству емкости (ЕМ2);
25. - дифференциальный датчик давления (ДД7), измеряющий потери давления на измерительном трубопроводе (ТРИ);
26. - блок установки датчика температуры ДT8;
27. - обратный клапан (КОВ) системы вакуумирования;
28. - штуцер с быстроразъемным соединением для подключения вакуумного насоса (НВ) к емкости ЕМ2;
29. - вакуумный насос (НВ);
30. - провод с USB разъемами для соединения платы АЦП с ноутбуком;
31. - сетевой кабель с однофазной вилкой;
32. I направляющие для вакуумного насоса

 

Содержание отчета

τ_пот =1 м 57 с

τ_то =1 м 19с

G_v =3.5 л/мин

Т_вх=33,6

Т_вых =82,8

С_n =1430 Дж/с

 

 

 

 

 Вт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вывод: в результате проведенной лабораторной работы, мы ознакомились со способом определения удельной теплоемкости воздуха при постоянном давлении методом нагрева потока, определили удельную теплоемкость по формуле, и посчитав погрешность, убедились что полученное  значение теплоемкости близко к теоретическому, а значит опыт проведен верно.