СБОРНИК МЕТОДИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ МДК 01.02 Основы теплотехники и гидравлики 13.02.01 Тепловые электрические станции

Гассельбах Татьяна Федоровна

Пирутина София Михайловна

преподаватели специальных дисциплин, ГАПОУ “Казанский энергетический колледж”, г. Казань

 

ББК 31.32-5, УДК 62-533.6

Теоретические основы теплотехники: сборник методических рекомендации по выполнению лабораторных работ /авт.-сост Т.Ф.Гассельбах- Казань: КЭК, 2023- 57 с.

Ответственный редактор: Пирутина С.М., заведующая учебно-методическим отделом ГАПОУ «Казанский энергетический колледж»

Автор-составитель:

Гассельбах Т. Ф., преподаватель специальных дисциплин ГАПОУ «Казанский энергетический колледж».

Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ по МДК01.02 Основы теплотехники и гидравлики предназначены для студентов Казанского энергетического колледжа специальности 13.02.01 «Тепловые электрические станции» изучающих профессиональный модуль ПМ.01 «Обслуживание котельного оборудования на тепловых электрических станциях» (МДК 01.02 «Основы теплотехники и гидравлики») в рамках подготовки специалистов со средним профессиональным образованием.

 

Печатается по решению Методического Совета ГАПОУ «Казанский энергетический колледж».

Рассмотрено и одобрено методическим советом ГАПОУ «КЭК»

Протокол № 29 от 10.01. 2023 г.

© Гассельбах Татьяна Федоровна, 2023 год.

©Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение «Казанский энергетический колледж» (ГАПОУ «КЭК»), 2023год.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ВЫПОЛНЕНИЯ 5

ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 8

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1-10 9

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 58

ЛИТЕРАТУРА 59

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 60

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 61

ВВЕДЕНИЕ

Методические рекомендации для обучающихся по выполнению лабораторных работ по МДК 01.02 Основы теплотехники и гидравлики ПМ.01 Обслуживание котельного оборудования на ТЭС, составлены в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом, рабочим учебным планом, рабочей программой ПМ и календарно-тематическим планом по специальности 13.02.01 Тепловые электрические станции.

Целью выполнения заданий при проведении лабораторных работ является формирование профессиональных и общих компетенций в области овладения видами профессиональной деятельности:

«Обслуживание котельного оборудования на тепловых электрических станциях» и соответствующих профессиональных компетенций (ПК):

– Проводить эксплуатационные работы на основном и вспомогательном оборудовании котельного цеха, топливоподачи и мазутного хозяйства

– Контролировать работу тепловой автоматики и контрольно-измерительных приборов в котельном цехе.

– Проводить наладку и испытания основного и вспомогательного оборудования котельного цеха.

Каждая лабораторная работа имеет определенную тему, ориентирована на выполнение конкретных целей с использованием оборудования, четко обозначенным алгоритмом работы и контрольными вопросами для проверки и систематизации полученных знаний и умений. Просматривается взаимосвязь с учебной и производственной практикой.

Общие методические указания по выполнению лабораторных работ

Обучающимся предлагается изучить по методическим рекомендациям и конспекту лекций теоретические вопросы, относящиеся к теме предстоящей работы, познакомиться с содержанием и порядком выполнения работы. Перед выполнением лабораторной работы студент должен изучить правила техники безопасности.

Алгоритм выполнения лабораторной работы:

1) запись темы и целей работы в тетрадь;

2) повторение базовых теоретических знаний, необходимых для рациональной работы и осуществления эксперимента и других практических действий;

3) ознакомление с правилами инструктажа о соблюдении требований безопасности труда и их применении при обращении с приборами и оборудованием;

4) изучение чертежа (схемы) (как вариант);

5) выполнение работ по алгоритму действий (ходу работы);

6) внесение полученных результатов в тетрадь;

7) обобщение результатов работы в выводе к работе и составление отчета по проделанной работе;

8) запись ответов на контрольные вопросы.

Письменный отчет составляется учащимся в процессе выполнения работы сдается для проверки преподавателю.

ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

МДК 01.02 Основы теплотехники и гидравлики

В процессе выполнения лабораторных работ, обучающиеся должны овладеть следующими умениями:

– проводить анализ основных термодинамических процессов;

– изображать газовые циклы в диаграммах; использовать таблицы и диаграммы для решения задач для идеальных и реальных газов; производить расчеты истечения газов и паров;

– определять физические величины жидкостей и газов по расчетным формулам и справочным таблицам;

-выбирать тип гидравлических машин в зависимости от назначения и условий работы;

– анализировать уравнение Бернулли для потока реальной жидкости, выполнять построение напорной и пьезометрической линий для трубопроводов;

знаниями:

основные параметры состояния рабочего тела;

-сущность законов термодинамики, их математическое выражение;

– уравнения основных термодинамический процессов; понятия об энтальпии и энтропии, их физический смысл; Р- V и Т- S диаграммы для основных термодинамических процессов;

– уравнение состояния реальных газов; свойства и параметры состояния водяного пара, процесс парообразования и его изображение в РV, ТS и hS -диаграммах; характеристики влажного насыщенного, сухого и перегретого пара;

-основные способы передачи теплоты;

-физические свойства жидкостей, классификацию гидравлических сопротивлений, режимы течения жидкости, число Рейнольдса, свойства гидростатического давления в точке;

-основное уравнение гидростатики; классификацию трубопроводов, методику расчета простого и сложного трубопровода, определение «гидравлический удар», гидравлические характеристики трубопроводной сети и трубопровода, кавитацию в трубопроводах и меры борьбы с ней;

– виды и методы измерений, основные метрологические понятия;

– классификацию, конструкцию, принцип действия приборов для измерения теплофизических параметров.

иметь практический опыт:

• -проводить анализ основных термодинамических процессов;
• изображать газовые циклы в диаграммах;
• использовать таблицы и диаграммы для решения задач для идеальных и реальных газов;
• производить расчеты истечения газов и паров;
• определять физические величины жидкостей и газов по расчетным формулам и справочным таблицам;
• выбирать тип гидравлических машин в зависимости от назначения и условий работы;
• анализировать уравнение Бернулли для потока реальной жидкости, выполнять построение напорной и пьезометрической линий для трубопроводов;

Основная цель лабораторных работ – закрепить теоретические положения курса и познакомить студентов с методикой проведения несложных теплотехнических экспериментов.

Результатом выполнения лабораторных работ является частичное овладение обучающимися профессиональными (ПК) и общими (ОК) компетенциями и личностными результатами воспитания (ЛР):

ПК1.1	Проводить эксплуатационные работы на основном и вспомогательном оборудовании котельного цеха, топливоподачи и мазутного хозяйства
ПК1.3	Контролировать работу тепловой автоматики и контрольно-измерительных приборов в котельном цехе
ОК 1	Выбирать способы решения задач профессиональной деятельности, применительно к различным контекстам;
ОК 2	Осуществлять поиск, анализ и интерпретацию информации, необходимой для выполнения задач профессиональной деятельности;
ОК 3	Планировать и реализовывать собственное профессиональное и личностное развитие;
ОК4	Работать в коллективе и команде, эффективно взаимодействовать с коллегами, руководством, клиентами;
ОК9	Использовать информационные технологии в профессиональной деятельности;
ЛР 4	Проявляющий и демонстрирующий уважение к людям труда, осознающий ценность собственного труда. Стремящийся к формированию в сетевой среде личностно и профессионального конструктивного «цифрового следа»
ЛР13	Демонстрирующий готовность и способность вести диалог с другими людьми, достигая в нем взаимопонимания, находить общие цели и сотрудничать для их достижения в профессиональной деятельности
ЛР14	Проявляющий сознательное отношение к непрерывному образованию как условию успешной профессиональной и общественной деятельности
ЛР 15	Проявляющий гражданское отношение к профессиональной деятельности как к возможности личного участия в решении общественных, государственных, общенациональных проблем.

Методическое сопровождение содержат необходимый минимум теоретического материала, описание лабораторных установок, руководство к выполнению, схемы, диаграммы, таблицы, контрольные вопросы для самопроверки и ссылку на используемую литературу.

ОРГАНИЗАЦИЯ И ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Прежде чем приступить к выполнению лабораторной работы, необходимо: тщательно изучить содержание работы и порядок ее выполнения; повторить теоретический материал; подготовить таблицы для занесения результатов наблюдений и вычислений. Студент должен иметь отдельную рабочую тетрадь для записей, необходимых для составления отчета о проделанной работе. Чтобы избежать возможных ошибок при чтении принципиальных схем и ознакомлении с лабораторными стендами, нужно знать условные обозначения и буквенные коды элементов и устройств, соответствующих действующему стандарту.

Лабораторные работы выполняются бригадами, обычно из 2-3 человек. При завершении работы студенты составляют отчет. Лабораторная работа засчитывается, если отчет соответствует предъявляемым требованиям и если студент ответил на вопросы преподавателя. При этом студент должен знать устройство и принцип работы объекта исследования, назначение всех элементов схемы и понимать физические процессы, объясняющие полученные результаты, а также уметь объяснить порядок действий при выполнении любого эксперимента в лабораторной работе.

Лабораторные работы рассчитаны на 4 академических часа.

Техника безопасности при проведении работ

1. К работе на стендах допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности при выполнении работ и ознакомившиеся с настоящими методическими указаниями. Прохождение инструктажа по технике безопасности фиксируется преподавателем в специальном журнале.

2. Лабораторная работа должна выполняться не менее чем двумя студентами строго по методическим рекомендациям.

3. По окончании работы отключают стенд от напряжения питания. Разборка схемы осуществляют по разрешению преподавателя.

4. Запрещается включение лабораторного стенда в сеть в присутствии легковоспламеняющихся жидкостей или в атмосфере, содержащей горючие газы.

5. При возникновении неисправностей, а также в случае появления запаха, свидетельствующего о возгорании электрических элементов модуля следует незамедлительно прекратить работу с лабораторным стендом, выключив его из сети, и обратиться к преподавателю.

ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

№	Общие и профессиональные компетенции (коды)	Тема	Кол-во часов
МДК 01.02 Основы теплотехники и гидравлики
	ОК1 – ОК4, ОК9 ПК1.1, ПК1.3	Лабораторная работа № 1. Определение теплоемкости воздуха при постоянном давлении	4
	ОК1 – ОК4, ОК9 ПК1.1, ПК1.3	Лабораторная работа № 2. Исследование теплопроводности материалов методом пластины	4
	ОК1 – ОК4, ОК9 ПК1.1, ПК1.3	Лабораторная работа № 3. Исследование теплоотдачи при естественной конвекции воздуха около горизонтального цилиндра	4
	ОК1 – ОК4, ОК9 ПК1.1, ПК1.3	Лабораторная работа № 4. Исследование теплоотдачи при естественной конвекции воздуха около вертикального цилиндра	4
	ОК1 – ОК4, ОК9 ПК1.1, ПК1.3	Лабораторная работа № 5. Исследование теплоотдачи при вынужденном движении воздуха в трубе	4
	ОК1 – ОК4, ОК9 ПК1.1, ПК1.3	Лабораторная работа № 6. Определение коэффициента излучения электропроводящих материалов калориметрическим методом	4
	ОК1 – ОК4, ОК9 ПК1.1, ПК1.3	Лабораторная работа № 7. Исследование теплового процесса в теплообменном аппарате типа «труба в трубе»	4
	ОК1 – ОК4, ОК9 ПК1.1, ПК1.3	Лабораторная работа № 8. Определение передаваемой тепловой мощности воздушно-водяного теплообменника с принудительным охлаждением	4
	ОК1 – ОК4, ОК9 ПК1.1, ПК1.3	Лабораторная работа № 9. Определение передаваемой тепловой мощности кожухотрубчатого теплообменника при «прямотоке»	4
	ОК1 – ОК4, ОК9 ПК1.1, ПК1.3	Лабораторная работа № 10. Определение передаваемой тепловой мощности кожухотрубчатого теплообменника при «противотоке» 7	4

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

Тема: Определение теплоемкости воздуха при постоянном давлении

Цель занятия: используя калориметрический метод определить среднюю массовую теплоемкость воздуха при постоянном давлении, установить зависимость изменения теплоемкости воздуха от расхода воздуха и напряжения нагревательного элемента.

Краткие теоретические сведения

Теплоемкость есть, отношение бесконечно малого количества поглощенной теплоты к бесконечно малому повышению температуры, вызванному этой теплотой.

Вообще теплоемкость тела будет различной в зависимости от того, нагревается тело при постоянном объеме C_v или при постоянном давлений C_p, и могут быть получены из первого закона термодинамики

(1)

При постоянном объеме dV = 0 для бесконечно малого процесса

(2)

При постоянном давлении dР = 0 для бесконечно малого процесса

(3)

Второе слагаемое в правой части формулы (3) представляет собой работу расширения. Аналогичное слагаемое в (2) отсутствует, т.к в данном случае объем остается постоянным, т.е. не происходит никакого расширения.

Обычно теплоемкость относят к единице количества вещества при н.у. и в зависимости от выбранной единицы различают:

-удельную массовую теплоемкость С, отнесенную к 1кг вещества, [Dж/кг К],

-удельную объемную теплоемкость С ‘, отнесенную к 1м³ вещества, [Dж/м³ К] ;

-удельную мольную теплоемкость Сµ, отнесенную к 1киломолю, вещества [Dж/кмоль К].

В настоящей работе определяется средняя удельная массовая теплоемкость воздуха при постоянном давлении:

(Дж/кг·К) (4)

где: Q – количество теплоты сообщенное воздуху, Dж;

m – масса воздуха, кг;

Δ t – изменение температуры воздуха на входе и выходе нагревателя, (^оС).

Воздух нагревается электрическим нагревателем, температура на входе или выходе измеряется термоэлектрическими термометрами (термопарами). Подведенное количество теплоты подсчитывается по закону Джоуля-Ленца:

(Вт∙1сек=Dж) (5)

Где: W – электрическая мощность, Вт;

τ – время, сек (принимается 1 сек).

При заданных значениях тока и напряжения на источнике питания (рисунок 4):

W = I·U (Вт) (6)

Где: U – напряжение (В),

I- сила тока (А).

Количество теплоты Q _ЭЛ расходуется на нагрев воздуха Qв, нагревание деталей калориметра Q_K и на тепловые потери в окружающую среду Q_n:

Q_эл=Qв+Q_K+Q_п (Dж) (7)

Отсюда

Q = Q_эл – (Q_K +Q_п) (Dж) (8)

Экспериментально установлено, что второй член выражения (8) в интервале

температур от 20°С до 100°С:

Q _к + Q п = 0,79 Q_эл (9)

Подставляя (9) в (8) получаем

Q = Q эл – 0,79 Qэл = 0,21 Q _Э (10)

Тогда подставляя (10) в (4)

(Dж/кг·К) (11)

Для определения массового расхода m(кг) воздуха, проходящего через калориметр использовано уравнение состояния идеального газа, полученного Клапейроном:

(12)

Выразив массу, получим

(кг/с) (13)

где: Pа=Pб+Pu

Pa – давление абсолютное, Па;

Pб – давление барометрическое, Па;

Pu – давление избыточное, Па;

V- объемный расход воздуха, м³/с;

R – газовая постоянная (для воздуха R= 287 (Дж/кг К))

T – температура, К.

T = (273+t), (К)

– температурный напор, ⁰C.

– температура на входе в нагреватель, °C.

– температура на выходе из нагревателя, °C.

Экспериментальная установка

Выключатель «ВКЛ.» позволяет включить/выключить стенд. При включении оборудования индикатор «СЕТЬ» подсвечивается. Субблок «ИЗМЕРЕНИЯ» предназначен для индикации температуры на входе и выходе нагревателя (1).

Перед включением источника питания регуляторы тока должны быть установлены на max, а регуляторы напряжения на min.

 

5

1

2

7

3

8

4

6

Рисунок 1. Общий вид и схема стенда

1 – модуль управления и индикации; 2 – нагреватель в стеклянной колбе; 3 – пьезометр; 4 – источник питания; 5 – термопары на выходе (Т1); 6 – ротаметр; 7 – термопары на входе (Т2); 8 – компрессор

 

Модуль управления и индикации

 

Рисунок 2. Модуль управления и индикации:

1 – тумблер питания; 2 – индикация включения в сеть (лампа «СЕТЬ»);

3 – измеритель-регулятор

Источник питания

Рисунок 3. Источник питания

1 – индикация тока (слева) и напряжения (справа);

2 – регуляторы для точной (слева) и грубой (справа) настройки тока;

3 – регуляторы для точной (слева) и грубой (справа) настройки напряжения;

4 – выход на заземление; 5 -кнопка питания; 6 – выходы: отрицательный слева (черного цвета), положительный справа (красного цвета).

Компрессор

Регулировка давления осуществляется с помощью регулятора (поз.2). Закручиванием по часовой стрелке ручки регулятора выходное давление увеличивается. Перед началом работы необходимо включить компрессор выключателем (поз.1) и регулятором давления выставить на манометре 1 …1,5 (бар)

Рисунок 4. Компрессор

1-кнопка питания; 2-регулятор давления; 3-выход для подключения шланга; 4-манометр выходного давления

Порядок выполнения работы

1. Подключить источник питания (поз.4, рис. 1) к стенду при помощи проводов и кабеля питания в комплекте.
2. Включить модуль индикации и управления (поз.1, рис.1). Повернуть тумблером питания по часовой стрелке в положение «ВКЛ», загорится лампа «СЕТЬ».
3. Подсоединить входную трубку ротаметра (поз.6, рис.1) к пневморозетке компрессора (поз.8, рис.1). Убедиться, что регулятор давления (поз.2, рис.4) установлен на необходимое давление. Включить компрессор в сеть, подняв кнопку «ВКЛ» (поз.1, рис.4). Установить давление (1,5÷2 бар) на манометре (поз.4, рис.4), медленно вращая ручку регулятора давления (поз.2, рис. 4) против часовой стрелки.
4. Установить объемный расход воздуха (1÷4 литр/мин) на ротаметре (поз.6, рис.1)
5. Установить постоянное напряжение (15÷25 В) на источнике питания (поз.4, рис. 1). Подождать 2÷5 минут для достижения теплового равновесия и стабилизации показаний температуры на измерителе (поз.1 рис. 1).
6. Заполнить таблицу измерений 1 или 2 (по заданию).
7. По окончании работы на источнике питания уменьшить напряжение до нуля, выключить кнопкой питания. Установить тумблер питания в положение «ВЫКЛ». Стравить давление и слить конденсат у компрессора. Выключить компрессор поворотом кнопки питания.

Таблица измерений 1

Параметр	Измеренное значение
Избыточное давление ри, бар
Барометрическое давление рб, мм. рт. ст.
Напряжение U, В
Сила тока I, А
Время, ,с (принимаем 1сек)
Объем воздуха V, литр/мин
Температура воздуха на входе t2, °C
Температура воздуха на выходе t1, °C

 

Таблица измерений 2

Параметр	Измеренное значение
Избыточное давление ри, бар
Барометрическое давление рб, мм. рт. ст.
Объем воздуха V, литр/мин
Время, ,с (принимаем 1сек)
Напряжение U, В
Сила тока I, А
Температура воздуха на входе t2, °C
Температура воздуха на выходе t1, °C

ПРИМЕЧАНИЕ – Перед расчетами перевести все величины в систему СИ.

1л/мин=1,667 ·10^-5м³/сек

1 мм рт.ст=133,3 Па

1 бар=10⁵ Па

Обработка экспериментальных данных

1. Рассчитать электрическую мощность нагревателя:

W = I·U , (Вт)

2. Определить количество выделяемой теплоты от нагревателя:

, (Вт∙1сек=Dж; )

3. Определить количество теплоты которое расходуется на нагрев воздуха:

Q = 0,21· Q _{Э ,} (Дж)

4. Определить массовый расход воздуха:

, (кг/с)

5. Определить среднюю изобарную удельную теплоемкость воздуха по формуле

(Dж/кг ·К)

6. Выполнить расчет и построить график зависимости теплоемкости для 2 вариантов.

Вариант 1. Построить график зависимости изменения теплоемкости воздуха Ср (Dж/кг·К) от расхода V( литр/мин), при увеличении расхода воздуха (от 1 л/мин; 2л/мин; 3л/мин; 4л/мин) .

Вариант 2. Построить график зависимости изменения теплоемкости воздуха Ср (Dж/кг·К) от мощности нагревателя Q _Э , Вт, при увеличении напряжения (U от 15,20,25,В).

Контрольные вопросы

 

1. Что называется удельной теплоемкостью вещества?
2. Назовите размерности удельной теплоемкости.
3. Дайте формулировку первого закона термодинамики.
4. Что такое установившийся режим? Его признак.
5. Уравнение Клапейрона.
6. На что расходуется подведенная теплота в установке?
7. Какое давление считается параметром состояния газа. Как его определяют.
8. Каким образом в работе определяется расход воздуха?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

Тема: Исследование теплопроводности материалов методом пластины

Цель работы:

-ознакомление со стационарным способом определения теплопроводности на примере метода неограниченного плоского слоя- метод пластины;

– определение коэффициента теплопроводности материала с низкой тепловой проводимостью и зависимости этого коэффициента от температуры.

Краткие теоретические сведения

Теплопроводность – это перенос теплоты, обусловленный хаотическим движением микрочастиц (молекул, атомов).

Метод стационарной теплопроводности основан на свойствах стационарного температурного поля, описываемого законом Фурье и дифференциальным уравнением (1).

 

где – тепловой поток, количество тепла, проходящее через изотермическую поверхность, в единицу времени: – коэффициент теплопроводности, количество тепла, проходящее в единицу времени через единицу изотермической поверхности при наличии у этой поверхности единичного градиента температур; – градиент температуры, предел отношения приращения температуры к расстоянию между изотермическими поверхностями, измеренному по нормали, при условии смыкания указанных поверхностей, направлен в сторону возрастания температуры, на что указывает знак «-» в выражении (1); – площадь поверхности теплообмена.

Для одномерного температурного поля коэффициент теплопроводности можно определить из соотношения:

где: –толщина стенки слоя; – тепловой поток, то есть мощность нагревательного элемента; – площадь поверхности образца; – температуры внутренней и наружной поверхности слоя.

Уравнение (2) описывает распределение температуры в твердых телах, а также в жидкостях и газах при отсутствии других (конвекция и тепловое излучение) способов переноса тепла.

При исследовании теплоизоляционных материалов, обладающих низкой теплопроводностью, широкое распространение получил метод неограниченного плоского слоя, когда образцу исследуемого материала придают форму тонкой пластинки. Для создания перепада температур одну поверхность нагревают, а другую охлаждают с помощью устройств, между которыми зажимают исследуемый образец.

Коэффициент теплопроводности твердых тел

Коэффициент теплопроводности является физическим свойством вещества. Он зависит от природы вещества, его агрегатного состояния, температуры и давления (для газов). В большинстве случаев значения коэффициента теплопроводности определены экспериментально и содержатся в справочниках.

В сложных случаях коэффициент теплопроводности обусловлен различными факторами, которые не всегда поддаются расчету или точному экспериментальному определению. Так, например, коэффициент теплопроводности пористых материалов сильно зависит от объемной доли пустот, размера пор, а также от физических свойств жидкости или газа, заполняющих поры. В случае кристаллических веществ существенное влияние на теплопроводность оказывают природа кристаллической фазы и размер кристаллитов. В аморфных телах важную роль играет степень ориентации молекул. Металлы, как правило, являются более хорошими проводниками тепла, чем неметаллы, а кристаллические тела проводят тепло лучше, чем аморфные. Сухие пористые материалы обладают очень низкой теплопроводностью, поэтому их часто используют в качестве теплоизоляторов. Коэффициент теплопроводности большинства чистых металлов уменьшается с повышением температуры, а у неметаллов – увеличивается.

Описание установки

Модуль состоит из двух холодильников и одного нагревателя (рис 1). Холодильники размещены снизу и сверху, а нагреватель в середине соборной конструкции. Между каждым холодильником и соответствующей стороной нагревателя размещается образец исследуемого материала, имеющий форму диска толщиной d = (5,0 ± 0,015) мм и диаметром d = 140 мм.

Для плотного прилегания образцов к стенкам холодильника и нагревателя – модуль снабжен винтовым прижимом. Для измерения температур модуль снабжён точечными датчиками температуры в количестве 7 шт. с градуировкой Pt100.

Каждый из холодильников представляет собой коробку из нержавеющей стали, состоящую из корпуса и крышки. Корпус выполнен в виде диска со спиральными канавками для направленной циркуляции воды.

Рисунок 1. Схема модуля.

Порядок выполнения

Подготовить лабораторный модуль. Убедиться, что накопительный бак заполнен чистой водой на 2/3 объёма или больше.

1. Установить одинаковые диски исследуемых образцов в модуль. Для этого:
   1. Максимально расслабить винтовой прижим (Раскрутить против часовой стрелки).
   2. Аккуратно, не запутывая провода модуля, снять верхний холодильник и уложить его рядом (справа или слева от рамы модуля). Далее снять нагреватель и уложить его с другой стороны от нагревателя. Следить за тем, чтобы провода датчиков температуры и нагревателя, а также гидравлические трубки холодильников не испытывали натяжения.
   3. Выбрать диски образцов и уложить один из них в соответствующее место нижнего холодильника. Как видно, холодильники и нагреватель имеют гнезда-проточки для точного размещения образца. Образцы необходимо уложить точно в гнезда-проточки. Сверху на него уложить нагреватель. На нагреватель уложить второй образец. Верхний холодильник уложить сверху на образец и совместить гнезда-проточки холодильника и нагревателя с образцом.
   4. Отцентровать весь собранный «сэндвич» относительно оси винтового прижима на раме модуля, и при помощи прижима сжать «сэндвич» с максимальным усилием на ручке прижима.
2. Подключить разъём датчиков температур экспериментального модуля к соответствующему разъёму на передней панели модуля управления.
3. Подключить нагреватель экспериментального модуля к соответствующим разъёмам на передней панели модуля управления.
4. Трубки холодильника подключить к патрубкам холодной воды на рабочей поверхности стенда. Последовательность подключения значения не имеет. Открыть краны подачи воды в патрубки.
5. На панели ПЛК выбрать соответствующий лабораторный эксперимент. Убедиться в корректности показаний датчиков температур. Модуль готов к проведению экспериментов.
6. Для подачи охлаждающей воды включить насос М3. По показаниям расходомера на панели управления, убедиться в том, что насос создает поток охлаждающей воды через холодильники. Расход должен быть не менее 3 (л/мин). Для охлаждения воды – включить вентилятор М4.
7. Установить на панели управления мощность нагревателя 30%. Включить нагреватели на панели. Через каждые 3 минуты записывать температуры модуля в относительном постоянстве показаний всех датчиков на протяжении 3-4-х измерений. Вместе с температурами записать силу тока, протекающего через нагреватель. Повторить эксперимент при 40% и 50 % установленной мощности соответственно.

8. Подключить ноутбук к разъёму на боковой панели «Модуля управления и индикации». Показания датчиков будут отображаться на экране ноутбука в цифровом виде и в виде графиков.

9. Все показания занести в таблицу 1.

10. Отключить напряжение нагревателя, через некоторое время выключить охлаждение и насос охлаждающей воды. Закрыть краны охлаждающей воды, отсоединить трубки охлаждения от патрубков холодной воды, отключить нагреватель и датчики температуры от разъёмов стенда. Остатки воды аккуратно собрать ветошью.

Выключить питание стенда.

Внимание! Во время эксперимента не прикасаться к поверхности нагревателя во избежание ожогов!

Таблица измерений 1

№	I,А	R,Ом	Температура, оС
			Образец (горячая сторона)				Образец (холодная сторона)		Кожух	Окруж. воздух
			Т2	Т3	Т4	Т5	Т1	Т7	Т6	То
1
2
3
Ср.

Обработка результатов измерений

1. ,

2. Значение радиальных тепловых потерь образца:

Q_к = α_к (t₆ – t₀)F_к , Вт

где: α_к =3,34, Вт/м²К– коэффициент теплоотдачи со стороны торцовой

поверхности кожуха принимается;

F_к = 0,039, м²– площадь наружной торцевой поверхности кожуха;

3. Коэффициент теплопроводности образца:

где: – толщина образца;

-площадь поверхности образца:

d=0,140, м – диаметр образца;

= (t₂ + t₃+ t₄+ t₅)/4 – средняя температура образца со стороны нагревателя;

= (t₁ + t₇)/2 -средняя температура образца со стороны холодильника;

К= /2 – коэффициент, учитывающий форму образца.

Задание к лабораторной работе

1.Изучить теоретические сведения по определению теплопроводности и ответить на контрольные вопросы.

2. Начертить схему экспериментальной установки.

3. Изучив ход выполнения работы снять показания, записав их в таблицу.

4. Рассчитать коэффициент теплопроводности образца.

5. Сделать вывод: Как меняется теплопроводность образца с повышением температуры.

Контрольные вопросы

1. Каков физический смысл коэффициента теплопроводности?
2. От каких параметров зависит коэффициент теплопроводности?
3. По какому закону изменяется температура в плоской стенке при стационарном режиме теплопроводности?
4. Назовите единицы измерения коэффициента теплопроводности.
5. Напишите формулу для определения теплового потока через плоскую стенку.
6. Сформулируйте закон теплопроводности Фурье.
7. Как коэффициент теплопроводности металлов и неметаллов зависит от температуры?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

Тема: Исследование теплоотдачи при естественной конвекции воздуха около горизонтального цилиндра

Цель работы:

-экспериментальное определение коэффициента теплоотдачи при естественной конвекции в неограниченном пространстве для горизонтально расположенного цилиндра;

-определение режима течения воздуха около образца.

Краткие теоретические сведения

Конвективный теплообмен – процесс переноса тепла при перемещении макрочастиц жидкости или газа относительно поверхности твердого тела. Различают вынужденную и свободную (естественную) конвекции. Вынужденное движение жидкости реализуется за счет сил давления, которые создаются принудительно, например, насосом компрессора или набегающим потоком газа. Свободная (естественная) конвекция создается в поле внешних массовых сил, имеющих различную природу: гравитационные и электромагнитные поля центробежные или кориолисовые силы и т.д. В частном случае внешние массовые силы могут быть обусловлены гравитационным полем Земли. В данном случае свободную конвекцию принято называть тепловой гравитационной конвекцией. Гравитационное поле Земли оказывает влияние на движение жидкости только при наличии свободных поверхностей или неоднородного распределения плотности жидкости. При отсутствии свободных поверхностей и однородном распределении плотности жидкости или газа сила тяжести, действующая на элемент объема среды, уравновешивается архимедовой силой выталкивания и свободная конвекция не возникает.

В общем случае при неоднородном распределении плотности жидкости сила тяжести не уравновешивается архимедовой силой. В отличие от вынужденных конвективных течений, обусловленных внешними причинами, свободные (или естественные) конвективные течения возникают исключительно под действием неравномерности плотности жидкости или газа.

Тело, внесенное в жидкость с отличной температурой, является источником нарушения равновесного состояния среды. Элементы жидкости, прилегающие к поверхности тела, принимают его температуру, начинается процесс распространения теплоты в жидкости путем теплопроводности. При малой разности температур тела и среды – это основной механизм передачи теплоты. Возникающая температурная неравномерность приводит к неоднородности плотности среды и под действием гравитационных сил возникают подъемные силы, приводящие к возникновению естественных конвективных течений. Естественно-конвективные потоки могут быть как ламинарными, так и турбулентными. Если нагретое тело помещено в неограниченное пространство, заполненное жидкостью, то вдоль поверхности движется только тонкий слой жидкости, а основная масса жидкости остается в состоянии покоя. Если характерные размеры тела много больше, чем толщина движущегося слоя, то его можно рассматривать как пограничный слой (рис. 1).

Рисунок 1. Естественная конвекция около горизонтального цилиндра

Для инженерной практики важно знать и уметь определять интенсивность теплообмена на поверхности, которая характеризуется коэффициентом теплоотдачи. Под коэффициентом теплоотдачи понимается количество теплоты, отдаваемое (или воспринимаемое) с единицы поверхности в единицу времени при разности температур между поверхностью и средой в один кельвин

Где: q_w – плотность теплового потока, равная количеству теплоты, отдаваемой с единицы поверхности за единицу времени; Т_w – температура поверхности, Т_ƒ – температура среды вне пограничного слоя, [α] = 1 Вт/ (м² К).

Другой путь определения коэффициента теплоотдачи – экспериментальный метод. Однако при изучении процесса конвективного теплообмена не всегда легко проводить экспериментальные исследования. Процесс конвективного теплообмена, как правило, описывается большим количеством переменных, особенно это касается турбулентных потоков, что существенно осложняет экспериментальное исследование. Кроме того, необходимо определить, с какой степенью достоверности, полученные экспериментальные исследования на моделях можно использовать на реальных объектах. Таким образом, при экспериментальном исследовании процесса теплообмена необходимо уметь моделировать этот процесс в лабораторных условиях. Эти трудности помогает разрешить теория подобия, с помощью которой размерные физические величины можно объединить в безразмерные комплексы (критерии подобия), причем так, что число этих комплексов будет меньше, чем число размерных величин. Полученные безразмерные комплексы можно рассматривать как новые переменные, которые отражают влияние не только отдельных факторов, но и их совокупность, что позволяет существенно облегчить поиск физических связей в исследуемом процессе. Теория подобия устанавливает также условия, при которых результаты лабораторных исследований можно распространить на другие явления или реальные объекты, подобные рассматриваемому объекту, дает возможность распространить результаты единичного эксперимента на класс подобных явлений. Теория подобия является не только теоретической базой эксперимента, но и важным подспорьем в аналитических исследованиях.

-Критерий Нуссельта

Критерий Нуссельта характеризует процесс теплообмена между теплоносителями и стенкой. Этот критерий – не определяющий критерий, так как содержит искомый коэффициент теплоотдачи.

-Критерий Прандтля

Критерий Прандтля характеризует физические свойства теплоносителя. Критерий Прандтля содержит только физические параметры среды и поэтому сам является физическим параметром среды.

-Критерий Грасгофа или

 

Критерий Грасгофа характеризует режим движения теплоносителя при свободной конвекции, определяет соотношение между подъемной силой в жидкости, возникающий вследствие разности теплоносителей, и силой вязкости.

Величины, входящие в критерии, приведенные выше, будут иметь следующие размерности:

α – коэффициент теплоотдачи, (Вт/м²К)

– теплопроводность теплоносителя, (Вт/мК)

– вязкость теплоносителя, (²)

– удельная теплоемкость теплоносителя, (Дж/кгК)

– плотность теплоносителя, (кг/м³)

– коэффициент объемного расширения теплоносителя, β=1/t_ж+273; (1/К)

– ускорение силы тяжести, ( м/с²)

– наружный диаметр цилиндра, (м)

– частичный температурный напор, ⁰C

_ст-t_ж

– кинематическая вязкость, (м²/с)

Все критерии подобия являются безразмерными и при вычислениях, входящие в них величины, можно брать в любой, но обязательно в одинаковой системе единиц.

Экспериментальная установка

Модуль «Исследование теплоотдачи при естественной конвекции воздуха около горизонтального цилиндра» (рис. 2) представляет из себя металлический цилиндр диаметром 43 мм и длиной 755 мм, с установленным внутри трубчатым тэном, длиной 600мм. Свободное пространство между тэном и трубой засыпано стальной дробью. Модуль имеет 3 пары датчиков температуры снизу и сверху.

Рисунок 2. Экспеиментальная установка. Встроенные датчики температуры TE1- TE6.

Порядок выполнения работы

1. Внимательно изучить устройство и работу стенда, а также теоретическую и практическую части порядка проведения лабораторной работы.
2. Убедиться в том, что все переключатели находятся в положении «Выкл», а все краны закрыты.
3. Установить соответствующий лабораторный модуль горизонтально.
4. Подключить штекер датчиков температуры «горизонтальный цилиндр» к соответствующему разъему на модуле управления и индикации.
5. Подключить штекеры нагревателя к соответствующим разъемам питания модуля нагревателя.
6. Включить питание стенда.
7. После загрузки на сенсорной панели выбрать лабораторную работу «ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООТДАЧИ ПРИ ЕСТЕСТВЕННОЙ КОНВЕКЦИИ ВОЗДУХА ОКОЛО ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ЦИЛИНДРА»
8. Подключить ноутбук к разъёму на боковой панели «Блока управления и индикации». Включить и запустить специализированное ПО. Показания датчиков температур будут отображаться на экране ноутбука в цифровом виде и виде графиков (можно без ноутбука).
9. Установить мощность на нагревателе. Рекомендуемая установка нагревателя для данной лабораторной работы 100% на 2-3 минуты, далее снизить мощность до 40-60% и дождаться установки стационарного режима, зафиксировать результат кнопкой на панели управления «Установить». Значения напряжения и тока высвечиваются на сенсорной панели и в ПО.

10.При достижении установившегося режима зафиксировать показания температуры. Повторить опыт, изменяя мощность нагревателя по указанию преподавателя.

11. Полученные данные внести в таблицу измерений1.

Внимание! Во время эксперимента не прикасаться к поверхности нагревателя во избежание ожогов!

По окончании эксперимента установить мощность нагревателя на 0% и отключить модуль.

Таблица измерений 1.

 

№ режима	,Ом	I, А	tƒ , oC	Показания датчиков, oC
				t1	t2	t3	t4	t5	t6
1
2
Ср. значение

В рассматриваемых условиях опытов теплота Q, выделенная на экспериментальном участке в результате нагрева поверхности электронагревателем, отдается в окружающую среду как посредством естественной конвекции Q_кон, так и посредством излучения Q_изл. Поэтому теплота, отдаваемая поверхностью трубы посредством конвекции Q_кон, определяется как разность между теплотой Q, выделяемой электрическим током и теплотой Q_изл, отдаваемой посредством лучистого теплообмена: Q_кон = Q – Q_изл(Вт)

Обработка экспериментальных данных

1. Необходимо рассчитать среднюю температуру по контуру сечения поверхности трубы:

(^оС)

Где n – количество измерений;

2. Излучаемый тепловой поток определяется по формуле:

Где: ε=0,6 – степень черноты.

– площадь поперечного сечения трубы.

3. Электрическая мощность, подводимая к цилиндру, рассчитывается по формуле:

,

где,–сопротивление нагреваемого участка,

– сила тока.

4. Теплота, отдаваемая поверхностью трубы посредством конвекции Q_кон,

 

5. Для определения среднего по поверхности трубы коэффициента теплоотдачи используется формула Ньютона:

(Вт/м²К)

где,

– средняя по контуру поперечного сечения температура поверхности трубы;

– температура окружающей среды.

6. Для определения режима движения потока воздуха около образца необходимо определить критерии подобия:

критерий Грасгофа:

;

Где в качестве определяемой температуры используется температура окружающего воздуха t_ƒ , .

β = 1/Т_f, – коэффициент объемного расширения;

, м²/с- кинематический коэффициент вязкости воздуха;

d=0,043 м – диаметр образца;

g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения;

критерий Прандтля (приложение 1);

7. Исходя из полученных значений, сделаем вывод о режиме течения, который реализуется в пограничном слое:

при -ламинарный режим течения;

при -турбулентный режим течения.

Контрольные вопросы

1.Что такое конвективный теплообмен?

2.Назовите виды конвективного теплообмена.

3.Как возникают подъемные силы при конвекции?

4.Что понимается под коэффициентом теплоотдачи? Как он определяется?

5.Дайте характеристику режимам течения потоков воздуха около горизонтального цилиндра.

6.Что устанавливает теория подобия?

7.Назовите основные критерии подобия теории теплообмена и объясните их физический смысл.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

Тема: Исследование теплоотдачи при естественной конвекции воздуха около вертикального цилиндра

Цель работы:

-экспериментальное определение локального коэффициента теплоотдачи от нагретого цилиндра к воздуху при вертикальном расположении образца;

– определение режима течения обтекаемого воздуха около образца.

Краткие теоретические сведения

Конвективный теплообмен – процесс переноса теплоты при перемещении макрочастиц жидкости или газа относительно поверхности твердого тела. Различается конвективный теплообмен при вынужденной и свободной конвекции. Вынужденная конвекция осуществляется при перемещении объемов жидкости или газа под действием сил давления, которое обеспечивается принудительно посредством компрессора или набегающего потока. Свободная конвекция осуществляется в поле внешних массовых сил различной природы: гравитационных и электромагнитных, центробежных и т.д.

В случае свободной конвекции в поле гравитационных сил движение среды у твердой поверхности происходит за счет разности плотностей различных частей среды, обусловленной разностью температур. Если в среду газа или жидкости ввести тело с отличной от среды температурой, то происходит нарушение равновесного состояния среды. Возникающая температурная неравномерность обусловливает неоднородность плотности среды около тела, что приводит под действием гравитации к возникновению подъемных сил и свободной конвекции среды у поверхности тела.

Тепловой поток при конвективном теплообмене определяется законом Ньютона:

Где:

, Вт/м² – плотность теплового потока, равная количеству теплоты, отдаваемой с единицы поверхности за единицу времени;

T_w, K –температура поверхности образца;

T_f, К- температура среды вне пограничного слоя.

Коэффициент теплоотдачи представляет собой количество теплоты, передаваемое через единицу площади изотермической поверхности теплообмена в единицу времени при разности температур стенки и газа, равной одному Кельвину.

Коэффициент теплоотдачи является функцией многих переменных: режима течения среды, скорости течения, физических характеристик среды и т.д. Определение коэффициента теплоотдачи производится теоретическими или экспериментальными методами с использованием теории подобия.

Экспериментальная установка

Модуль «Исследование теплопередачи при естественной конвекции воздуха около вертикального цилиндра» (рис. 1), состоит из исследуемого вертикального цилиндра диаметром 43 мм и длиной 755 мм, с установленным внутри трубчатым тэном, длиной 600мм, подсоединенной к нему планки с термопреобразователями сопротивления (градуировка Pt100) в количестве 8 шт. Напряжение питания нагревателя 220В.

Рисунок 1. Схема экспериментальной установки

Порядок выполнения работы

1. Внимательно изучить устройство и работу стенда.
2. Убедиться в том, что все переключатели находятся в положении «Выкл», а все краны закрыты.
3. Установить соответствующий лабораторный модуль вертикально.
4. Подключить штекер датчиков температуры к соответствующему разъему на модуле управлении и индикации.
5. Подключить штекеры нагревателя к соответствующим разъемам питания модуля нагревателей.
6. Включить питание стенда.
7. После загрузки на сенсорной панели выбрать лабораторную работу «ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООТДАЧИ ПРИ ЕСТЕСТВЕННОЙ КОНВЕКЦИИ ВОЗДУХА ОКОЛО ВЕРТИКАЛЬНГО ЦИЛИНДРА»
8. Подключить ноутбук к разъёму на боковой панели «Блока управления и индикации». Включить и запустить специализированное ПО. Показания датчиков температур будут отображаться на экране ноутбука в цифровом виде и виде графиков.
9. Установить мощность на нагревателе. Рекомендуемая установка нагревателя для данной лабораторной работы 100% на 2-3 минуты, далее снизить мощность до 40% «Установить», и дождаться установки стационарного режима.
10. При достижении установившегося режима температур зафиксировать показания температуры образцов в таблице измерений 1.
11. Повторить опыт, изменяя мощность нагревателя.
12. По окончании эксперимента установить мощность нагревателя 0% и отключить модуль.

Внимание! Во время эксперимента не прикасаться к поверхности нагревателя во избежание ожогов!

Таблица измерений 1

№ режима	, Ом	I, А	t ƒ, oC	Показания датчиков, oC
				t1	t2	t3	t4	t5	t6	t7	t8
1
2
Ср.

 

Обработка экспериментальных данных

1. Рассчитать электрическую мощность, подводимую к цилиндру:

 

где,–сопротивление нагреваемого участка,

– сила тока.

2. Рассчитать излучаемый тепловой поток образца:

Вт)

Где: – средняя температура поверхности по контуру поперечного сечения трубы;

где: n – количество измерений.

– температура окружающей среды;

– площадь боковой поверхности образца;

Диаметр образца 43 мм и длина цилиндра 755 мм

– степень черноты.

3. Электрическая мощность , затраченная на нагревание исследуемого цилиндра, отдается в окружающую среду свободной конвекцией и излучением , то расчет конвективного теплового потока , можно получить из баланса энергии:

(Вт)

4. Определить коэффициент теплоотдачи:

(Вт/м² К)

5. Рассчитать Критерий Грасгофа (Gr), который характеризует соотношение подъемной и вязкой сил в потоке жидкости или газа:

,

Для расчета Gr, необходимо определить значение определяющей температуры:

^oC)

где: – среднее значение температуры стенки, ^oC;

– температура окружающего воздуха, ^oC.

Теплофизические параметры -критерий Прандтля и вязкость (Pr) находятся из приложения 1.

Подсчитывается объемный коэффициент расширения :

 

–ускорение свободного падения.

Определяющий геометрический размер, вдоль которого происходит естественная конвекция воздуха -длина трубки = 755 мм.

6. Исходя из полученных значений, можно сделать вывод о режиме течения воздуха около образца:

при Ламинарный режим.

при Турбулентный режим.

 

Контрольные вопросы

1.Что такое конвективный теплообмен?

2.Как определить тепловой поток при конвекции.

3.От каких факторов зависит коэффициент теплоотдачи ?

4.Единицы измерения коэффициента теплоотдачи.

5.Что характеризует критерий подобия Грасгофа?

6.Назовите определяющий геометрический размер для расчета естественной конвекции для данного опыта.

7.Что характеризует критерий Прандтля?

8. На что расходуется теплота нагревательного элемента?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

Тема: Исследование теплоотдачи при вынужденном движении воздуха в трубе

Цель работы:

-определить коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности трубы воздуху;

-определить режим истечения воздуха в трубе.

 

Краткие теоретические сведения

 

Конвекцией называется процесс переноса теплоты при перемещении макроскопических объёмов жидкости или газа из одной точки пространства в другую. Различают свободную и вынужденную конвекцию.

Свободная конвекция осуществляется в поле внешних массовых сил различной природы: гравитационных, электромагнитных, центробежных и т.д. В случае свободной конвекции в поле гравитационных сил, когда движение элементов среды происходит под действием подъёмной силы, она называется тепловой гравитационной конвекцией.

Вынужденная конвекция осуществляется при перемещении объемов жидкости или газа под действием сил давления, которое обеспечивается принудительно посредством компрессора, насоса или набегающего потока.

Процесс конвекции неразрывно связан с теплообменом теплопроводностью внутри рассматриваемых макроскопических объёмов вещества. Конвективным теплообменом называется совместный процесс переноса теплоты посредством конвекции и теплопроводности.

Интенсивность теплообмена при течении потока в трубе зависит от режима движения. Установлено, что при вынужденном течении жидкости внутри круглой трубы при значениях критерия Рейнольдса Re<2320 поток имеет устойчивый ламинарный режим. При ламинарном режиме теплоотдача в направлении поперечном направлению движению потока осуществляется посредством теплопроводности.

При Re>10⁴ наблюдается развитый турбулентный режим.

В диапазоне 2320≤Re≤10⁴ режим движения среды – переходный.

При взаимодействии потока со стенками трубы частицы жидкости, прилегающие к стенке, тормозятся. А за счет действия сил вязкого трения образуют тонкий пристенный слой заторможенной жидкости, движущейся ламинарно. Этот слой получил название гидродинамического пограничного слоя. Впервые существование пограничного слоя было установлено Л. Прандтлем.

Пограничный слой оказывает существенное влияние на характер теплообмена при вынужденном движении потока в трубе. Это связано с тем, что в пределах пограничного слоя перенос теплоты осуществляется преимущественно посредством теплопроводности, а во внешнем потоке – конвекцией, обусловленной его интенсивным перемешиванием.

На входе в трубу всегда существует начальный участок длиной L_нач., в пределах которого происходит стабилизация потока жидкости, т.е. установление постоянного профиля скоростей. Он называется участком гидродинамической стабилизации.

При ламинарном режиме течения, начиная с входного сечения, внутри трубы появляется пограничный слой, толщина которого растет по мере удаления от входа. На расстоянии L_нач. от торца трубы пограничные слои смыкаются, заполняя все сечение трубы, и образуют ламинарный стабилизированный поток. Коэффициент теплоотдачи с ростом пограничного слоя уменьшается и на стабилизированном участке сохраняет постоянное значение. Характер изменения коэффициента теплоотдачи и структура потока при ламинарном режиме течения показаны на рис. 1.

Рисунок 1. Структура потока и график изменения коэффициента теплоотдачи при ламинарном режиме течения.

При турбулентном режиме при входе жидкости в трубу на внутренней её поверхности образуется, как и в первом случае, ламинарный пограничный слой. По мере удаления от входа в трубу толщина этого слоя возрастает и на некотором расстоянии от входа ламинарный пограничный слой разрушается и переходит в турбулентный пограничный слой. Толщина турбулентного пограничного слоя далее возрастает и на расстоянии L_нач. от торца трубы турбулентные пограничные слои смыкаются и образуют по всему сечению трубы турбулентный стабилизированный поток, структура которого сохраняется далее по всей длине трубы. Следует отметить, что, как правило, ламинарный слой не разрушается полностью, а образует тонкий ламинарный подслой, сохраняющийся в потоке далее по всей длине трубы. Коэффициент теплоотдачи по мере увеличения толщины ламинарного пограничного слоя на входе потока в трубу сначала уменьшается, а после начала его разрушения начинает возрастать и, наконец, после формирования структуры стабилизированного потока приобретает постоянное значение, сохраняющееся далее по длине трубы. Структура потока и характер изменения коэффициента теплоотдачи при турбулентном режиме течения в трубе показаны на рис. 2.

Рисунок 2. Структура потока и график изменения коэффициента теплоотдачи при турбулентном режиме.

Для повышения теплоотдачи от стенки к жидкости необходимо предпринимать меры к разрушению пограничного слоя или уменьшению его толщины. Для этой цели обычно используется турбулизация пристенного пограничного слоя за счет повышения скорости течения жидкости или создания искусственной шероховатости поверхности теплообмена. Пример создания искусственной шероховатости поверхности теплообмена путем нанесения кольцевой трубной накатки показан на рис. 3.

Рисунок 3. Кольцевая трубная накатка

 

В инженерной практике расчет процессов теплообмена при вынужденном движении жидкости в трубе проводится на основе методов теории подобия. При выборе соответствующего критериального уравнения большое значение имеет режим течения потока. При теплообмене различают вязкостное и вязкостно-гравитационное ламинарное течение.

Вязкостным называется такой ламинарный режим вынужденной конвекции, при котором можно пренебречь влиянием свободной конвекции. Вязкостный режим наблюдается при небольших перепадах температур и высокой вязкости среды, когда

Gr×Pr<8×10⁵.

Для длинных круглых труб (𝑙/d_вн >Pe/12) влиянием на теплообмен начального участка стабилизации потока можно пренебречь. Тогда среднее по длине всей длине трубы значение критерия Нуссельта будет Nu=3,66. Для коротких труб (𝑙/d_вн <Pe/12) среднее значение критерия Нуссельта находится по следующему критериальному уравнению

,

где   – фактор, учитывающий влияние изменения температуры в пристенном слое на физические свойства среды.

 – поправочный множитель, учитывающий влияние начального участка стабилизации потока.

Вязкостно-гравитационным называется такой ламинарный режим течения (Gr×Pr>8×10⁵⁾, когда вследствие относительно высокого температурного градиента в направлении поперечном основному направлению движения потока возникает движение элементов среды, а значит, существенное влияние на процесс теплоотдачи начинает оказывать свободная конвекция. При вязкостно-гравитационном режиме используют критериальное уравнение вида

Тепловой поток Q, передаваемый от внутренней поверхности трубы к воздуху, в инженерных расчетах находят по закону теплоотдачи:

,

где, – тепловой поток;

– температура рабочей поверхности;

– средняя температура воздуха в трубе;

– площадь поверхности теплообмена, ;

– средний коэффициент теплоотдачи.

При заданных геометрических размерах системы теплообмена, температурах стенки и текучей среды задача расчета теплового потока сводится к определению коэффициента теплоотдачи

Коэффициент теплоотдачи находят, используя закон Ньютона-Рихмана, экспериментально определив поток и разность температур :

,

Результаты экспериментов по определению коэффициента теплоотдачи обрабатывают в виде критериальных уравнений подобия.

Критерий Нуссельта характеризует отношение между потоком теплоты от жидкости к поверхности тела (теплоотдачей) и потоком теплоты теплопроводностью в жидкости у стенки:

 

где, – коэффициент теплопроводности текучей среды, Вт/(м·К);

– характерный размер, м;

– коэффициент теплоотдачи,.

Критерий Грасгофа характеризует отношение между подъемной силой в воздухе, возникающей вследствие разности плотностей, и силой вязкости.

 

где, – коэффициент объемного расширения воздуха,1/К;

ΔТ – модуль разность температур между воздухом и стенкой, ;

g=9,8 – ускорение свободного падения;

Коэффициент объемного расширения рассчитывается по формуле:

, где – определяющая температура в К.

Критерий Рейнольдса характеризует отношение между инерционной силой и силой внутреннего трения в жидкости (вязкости).

 

где, – среднемассовая продольная скорость газа (в нашем случае воздуха), м/с;

– характерный размер (для круглых труб), м;

– кинематическая коэффициент вязкости текучей среды,;

По критерию Рейнольдса судят о режиме течения среды при вынужденной конвекции. Ламинарный режим , турбулентный режим .

Критерий Прандтля характеризует совокупное отношение между силами инерции и вязкости и потоками теплоты – конвективным и вынужденным. Для газов критерий определяется только атомностью и его значение близко к единице. Входящая в выражение величина а является температуропроводностью среды.

В случае вынужденной конвекции при течении жидкости в трубах и каналах анализ методами теории подобия приводит в общем случае к функциональной связи:

 

где – отношение длины трубы к ее диаметру, учитывающее изменение теплоотдачи по длине трубы на начальном участке.

В качестве определяющего размера выбирают размер, который оказывает наибольшее влияние на процесс теплоотдачи.

Экспериментальная установка

Модуль «Вынужденного движения воздуха в трубе» ( рис.4) представляет собой цилиндрическую трубу длиной 700 мм, и наружным диаметром 34 мм. Модуль нагревается равномерно с помощью греющего кабеля. Для уменьшения тепловых потерь модуль закрыт теплоизоляцией. По всей длине модуля, на равном расстоянии друг от друга расположены датчики температуры TE1…TE8. Два из них TE1 и TE2 (первый по счёту от нагревателя и последний на выходе из трубы модуля) вкручены через специальные переходники в трубу так, чтобы их чувствительные элементы измеряли температуру проходящего по трубе воздуха.

Рисунок 4. Модуль «Исследование теплоотдачи при вынужденном движении воздуха в трубе»

Остальные шесть ТЕ3-ТЕ8 измеряют температуру внутренней поверхности цилиндра. C одной стороны модуля установлен цанговый зажим для подачи воздуха от компрессора через ротаметр к трубе.

Порядок выполнения работы

1. Изучить устройство и работу стенда, а также теоретическую и практическую части порядка проведения лабораторной работы согласно настоящим «Методическим указаниям».

2.Убедиться в том, что все переключатели находятся в положении «Выкл».

3.Подготовить к работе компрессор. Подключить регулятор давления расположенный на стенде к компрессору с помощью пневматического шланга. С помощью регулятора давления расположенного на компрессоре установить выходное давление в диапазоне 1÷2 (Бар).

4. Убедиться в том, что ротаметр закрыт.

5.Подключить штекер датчиков температуры модуля» к соответствующему разъему на модуле управлении и индикации.

6.Подключить штекеры нагревателя к соответствующим разъемам питания модуля нагревателей.

7.По указанию включить питание стенда.

8.После загрузки на сенсорной панели выбрать лабораторную работу «ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООТДАЧИ ПРИ ВЫНУЖДЕННОМ ДВИЖЕНИИ ВОЗДУХА В ТРУБЕ».

8.Подключить ноутбук к разъёму на боковой панели «Блока управления и индикации». Включить и запустить специализированное ПО. Показания датчиков температур будут отображаться на экране ноутбука в цифровом виде и виде графиков.

9.Установить мощность на нагревателе (50÷80%) и зафиксировать. Значения сопротивления и тока высвечиваются на сенсорной панели и в ПО.

10.С помощью ротаметра установить требуемый расход воздуха (20-40 л/мин).

11.Выдержать время для наступления установившегося режима работы модуля (изменения температур Твх и Твых прекратится) и зафиксировать полученные значения в таблицу измерений 1.

12.Повторить опыт.

13.По окончании эксперимента установить мощность нагревателя 0% и отключить все оборудование.

Таблица измерений 1

№	R	I				Показания датчиков, ТЕ0C
						t3	t4	t5	t6	t7	t8
	Ом	А	л/мин
1
2
Ср.

Обработка экспериментальных данных

1.Определить тепловой поток: ,

где,–сопротивление нагреваемого участока,

– сила тока.

2.Рассчитать среднюю температуру воздуха трубы по формуле:

3. Перевести объемный расход воздуха (показания ротаметра л/мин) в массовый

расход воздуха кг/с ( 1кг/сек =60 л/мин)

4. Определить среднюю температуру потока воздуха:

,^оС.

5.Определить среднюю скорость воздуха на участке нагрева

 

, м/с

 где – массовый расход воздуха, кг/с;

– плотность воздуха в трубе, (Приложение 1 по )

-длина рабочего участка;

-внутренний диаметр трубки.

6.Определить критерий Рейнольдса

где w – средняя скорость воздуха, м/с;

d_вн– внутренний диаметр трубы (определяющий размер), м;

– коэффициент кинематической вязкости воздуха при температуре _f, м²/с

(Приложение 1).

7.Определить режим течения по неравенству:

ламинарный режим ,

турбулентный режим

 

8.Определить коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности трубы к

воздуху

Контрольные вопросы

1. Что называется конвективным теплообменом?
2. Как возникает вынужденная конвекция?
3. Что такое пограничный слой?
4. Как происходит перенос теплоты в пределах пограничного слоя?
5. Как изменяется коэффициент теплоотдачи по толщине ламинарного пограничного слоя?
6. Как изменяется коэффициент теплоотдачи по толщине турбулентного слоя?
7. Какой режим называется вязкостным?
8. Какой режим называется вязкостно-гравитационным?
9. Какие меры следует предпринимать для интенсификации теплообмена при вынужденном движении жидкости в трубе?
10. Как изменится критерий Рейнольдса при увеличении скорости потока?
11. Что нужно предпринять, чтобы получить ламинарный режим потока в трубе?

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

Тема: Определение коэффициента излучения электропроводящих материалов калориметрическим методом

Цель работы: экспериментальное определение степени черноты и коэффициента излучения для стальной поверхности электрического нагревателя, помещенного внутри цилиндрической стальной трубы.

Краткие теоретические сведения

Тепловое излучение (радиационный теплообмен) – способ переноса теплоты в пространстве, осуществляемый в результате распространения электромагнитных волн, энергия которых при взаимодействии с веществом переходит в тепло. Радиационный теплообмен связан с двойным преобразованием энергии: первоначально внутренняя энергия тела превращается в энергию электромагнитного излучения, а затем, после переноса энергии в пространстве электромагнитными волнами, происходит второй переход лучистой энергии во внутреннюю энергию другого тела. Тепловое излучение вещества зависит от температуры тела (степени нагретости вещества). Энергия теплового излучения, падающего на тело, может поглощаться, отражаться телом или проходить через него. Тело, поглощающее всю падающую на него лучистую энергию, называют абсолютно черным телом (АЧТ). Отметим, что при данной температуре АЧТ и излучает максимально возможное количество энергии.

Плотность потока собственного излучения тела называют его лучеиспускательной способностью. Этот параметр излучения в пределах элементарного участка длин волн dλ называют спектральной плотностью потока собственного излучения или спектральной лучеиспускательной способностью тела. Лучеиспускательная способность АЧТ в зависимости от температуры подчиняется закону Стефана–Больцмана – излучательная способность абсолютно черного тела прямо пропорциональна абсолютной температуре в четвертой степени:

(Вт/м²) (1)

где (Вт/ – постоянная Стефана-Больцмана;

(Вт/ – коэффициент излучения абсолютно черного тела;

Т – температура поверхности абсолютно черного тела, К.

Абсолютно черных тел в природе не существует. Тело, у которого спектр излучения подобен спектру излучения абсолютно черного тела и спектральная плотность потока излучения () составляет одну и ту же долю от спектральной плотности потока излучения абсолютно черного тела (), называют серым телом:

, (2)

где – спектральная степень черноты.

После интегрирования выражения (2) по всему спектру излучения (0 ≤ λ ≤ ∞) получим:

, (3)

где Е – лучеиспускательная способность серого тела;

– лучеиспускательная способность АЧТ;

ε – интегральная степень черноты серого тела.

Степенью черноты ε называется отношение излучательной способности серого тела к излучательной способности абсолютно черного тела при той же температуре. Степень черноты изменяется в пределах ε = 0 ÷ 1 и зависит от температуры.

Из формулы (3) с учетом закона Стефана-Больцмана следует выражение для расчета плотности потока собственного излучения (лучеиспускательной способности) серого тела:

, (Вт/м²) (4)

где: – коэффициент излучения серого тела, Вт/, изменяется в пределах С=0 ÷5,67.

Значение интегральной степени черноты зависит от физических свойств тела, его температуры и от шероховатости поверхности тела. Интегральную степень черноты определяют экспериментально. Степень черноты определяется отношением плотностей теплового потока собственного излучения тела и потока излучения абсолютно черного тела при той же температуре. Степень черноты характеризует полное или интегральное излучение тела, охватывающее все длины волн.

Описание экспериментальной установки

Модуль «Определение коэффициента излучения электропроводящих материалов калориметрическим методом» представляет собой полый цилиндр из электропроводящего материала (полированная сталь) с установленным в нем трубчатым нагревателем из такой же полированной стали (рис.1).

Рисунок 1. Модуль «Коэффициент излучения электропроводящих материалов»

Модуль снабжен пятью точечными 5-ю датчиками температуры. Один из них измерят непосредственно температуру поверхности нагревателя, а четыре других измеряют температуру полого цилиндра. Значение температуры показывает цифровой вольтметр. С внешней стороны цилиндр теплоизолирован.

Характеристики установки

d₁ =15·10^-3– диаметр нагревателя, м;

d₂ =44·10^-3 -внутренний диаметр оболочки, м;

l₁ =296·10^-3– длина нагревателя, м.

Через образовавшуюся воздушную прослойку тепло будет передаваться от внутреннего цилиндра к наружному посредством излучения, теплопроводности и конвекции:

Q = Q_изл+ Q_Т + Q_кон+ Q_п (5)

где Q_изл – тепло, передаваемое излучением, Вт;

Q_T – тепло, передаваемое теплопроводностью, Вт;

Q_кон – тепло, передаваемое конвекцией, Вт;

Q_п – потери тепла через торцевые поверхности прослойки (принимаем Q_п ≈ 0 Вт).

Для определения степени черноты поверхности твердого тела использован калориметрический метод, основанный на измерении количества тепла, отдаваемого телом посредством излучения: Q_изл = Q-(Q_T + Q_кон).

Порядок проведения эксперимента

1. Установить экспериментальный модуль на рабочую поверхность стенда.

2. Расправить провода и кабели модуля. Подключить их к соответствующим разъёмам на передней панели модуля управления.

3. Выбрать на экране ПЛК соответствующий эксперимент. Убедиться в корректности показаний температур.

4. Проводить эксперимент при значениях мощности от 20 до 50%. Стационарным считать режим через каждые 4…5 минут в процессе нагрева. Произвести фиксацию 3…5 значений температур с разницей в 4…5 минут между ними и занести их в таблицу измерений.

5. Повторить опыт, изменяя мощность по указанию преподавателя.

Примечание: Измерение температуры необходимо производить через 2-3 минуты после установления нового значения мощности, считая данное состояние стационарным.

6. По завершении эксперимента выключить питание модуля и стенда. Обработать результаты.

Таблица измерений 1

№ п/п	I, А	R, Ом	Температура оС
			T1	T2	T3	T4	T5

Обработка результатов измерения

Вычисления ε₁ интегральной степени черноты поверхности нагревателя производятся по усредненным значениям измеренных величин.

1.Определяется средняя абсолютная температура оболочки Т₂(К):

, (^оС)

, (К)

2.Определяется абсолютная температура нагревателя Т₁(К):

3. Определяется мощность, подводимая к электрическому нагревателю, (Вт)

Q_w= I² ·R (Вт)

I – сила тока нагревателя, А;

R- сопротивление, Ом;

4. Определяем ε₁ – степень черноты поверхности нагревателя, учитывая, что нагреватель и оболочка изготовлены из одного материала,

Где: F₁ – средняя площадь поверхности электрического нагревателя, м²;

 

F₁=

l=0,296 – длина нагревателя, м;

d₁=0,015 – диаметр нагревателя, м;

d₂ =0,044- внутренний диаметр оболочки, м

σ₀ = 5,67⋅10 ^-8– постоянная Стефана–Больцман, (Вт/м ² ⋅К ⁴);

8. Значение коэффициента излучения исследуемого тела необходимо определить из соотношения:

C_l=ε₁·C₀, [Вт/(м²·К⁴)]

С₀ ≈ 5,67 – коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м²·К⁴).

 

Контрольные вопросы

1. Опишите механизм передачи лучистой энергии.
2. От чего зависит лучеиспускательная способность тела?
3. Опишите свойства абсолютно черного, абсолютно белого и прозрачного тела.
4. Что называют лучеиспускательной способностью тела?
5. Дайте определение излучения серого тела.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

Тема: Исследование теплового процесса в теплообменном аппарате типа «труба в трубе»

Цель работы:

– определение коэффициента теплопередачи при прямотоке (противотоке);

-определение эффективности водо-водяного рекуперативного теплообменника.

Краткие теоретические сведения

Теплообменными аппаратами называются устройства, предназначенные для передачи теплоты от одной среды к другой. По принципу действия теплообменные аппараты могут быть разделены на рекуперативные, регенеративные и смесительные.

Рекуперативные теплообменные аппараты представляют собой устройства, в которых две жидкости с различными температурами текут в пространстве, разделенном твердой стенкой. Теплообмен происходит за счет конвекции и теплопроводности стенки, а если хоть одна из жидкостей является излучающим газом, то и за счет теплового излучения.

Регенеративные теплообменные аппараты – это устройства, в которых одна и та же поверхность омывается то горячей, то холодной жидкостью. Сначала поверхность регенератора отбирает тепло от горячей жидкости и нагревается, затем поверхность регенератора отдает энергию холодной жидкости. Таким образом, в регенераторах теплообмен всегда происходит в нестационарных условиях, тогда как рекуперативные теплообменные аппараты работают большей частью в стационарном режиме.

В смесительных теплообменных аппаратах теплопередача осуществляется при непосредственном контакте и смешении горячей и холодной жидкостей.

Теплообменные аппараты «труба в трубе» используют главным об­разом для охлаждения или нагревания в системе жидкость-жидкость, когда расходы теплоносителей невелики и теплоносители не меняют свое­го агрегатного состояния. По сравнению с кожухотрубчатыми они имеют меньшее гидравлическое сопротивление межтрубного пространства. Однако при равных теплообменных характеристиках они менее компактны и более металлоемки, чем кожухотрубчатые. Теплообменники «труба в трубе» могут быть разборными или неразборными, одно- и многопоточными.

Характер изменения температур рабочих сред по поверхности рекуперативного теплообменного аппарата зависит от схемы их движения. Наиболее простыми схемами движения являются: прямоток (рис. 1, а), противоток (рис.  1, б) и перекрестный ток (рис. 1, в). Существуют аппараты и с более сложными схемами движения теплоносителя.

а	б	в

Рисунок 1. Схемы движения рабочих сред

От того, какая схема движения теплоносителей применена, во многом зависит эффективность теплообменного аппарата.

Расчет ТА, работающих в стационарном режиме, ведется на основе двух уравнений – теплового баланса и теплопередачи.

Уравнение теплового баланса означает равенство количества тепла, отдаваемого горячим теплоносителем (Q_гор), сумме количеств тепла, воспринимаемого холодным теплоносителем, (Q_хол) и потерь в окружающую среду Q_ос:

Qгор = Qхол + Qос , (Вт)

Пренебрегая потерями тепла в окружающую среду, имеем Q_гор = Q_хол = Q или

Q = , (Вт)

(1)

здесь G_гор, G_хол – соответственно расходы горячей и холодной воды, м³/с;

_гор, _хол –изобарные удельные теплоемкости горячей и холодной воды по средней температуре теплоносителей (Дж/(кг⋅К);

ΔT_гор и ΔT_хол – изменения температур горячей и холодной воды (^оС);

ΔTгор = Тгорвх – Тгорвых; (2) ΔTхол = Тхолвых – Тхолвх .

ρ – плотность воды при средней температуре теплоносителя, (кг/м³)

(приложение1)

Уравнение теплопередачи определяет количество теплоты Q, передаваемой через заданную поверхность площадью F, если заданы средние температуры греющего _гор и нагреваемого _хол теплоносителей:

, (Вт)

(3)

где К – коэффициент теплопередачи от одного теплоносителя к другому, Вт/(м²⋅К);

F ‑ площадь поверхности теплообменника, м²; (F=0,13 м²)

-средне-логарифмический напор температур, ^оС (по рис.2)

Коэффициент теплопередачи, К характеризует интенсивность передачи теплоты от одной среды к другой через разделяющую их стенку. Он численно равен количеству теплоты, проходящей через единицу поверхности стенки в единицу времени при разности температур между средами в один градус.

Термодинамическая эффективность теплообменника − это отношение количества теплоты, передаваемой в данном теплообменнике, к количеству теплоты, передаваемой в теплообменнике с бесконечно большой поверхностью теплообмена с теми же параметрами на входе. Эффективность теплообменника определяется по формуле:

(4 )

Сравнение прямотока с противотоком.

Преимущества одной схемы течения теплоносителей перед другой определяются из сравнения количества теплоты, передаваемой при равных условиях, и коэффициентов теплопередачи.

Во всех случаях при прямотоке передается меньшее количество теплоты, т.е. противоток более экономичен по сравнению с прямотоком.

Рисунок 2. Изменение температур горячего и холодного теплоносителей вдоль поверхности теплообмена при прямоточной и противоточной схеме движения.

А-прямоток –температурный напор изменяется сильнее, чем в (б)

Б-противоток – средний температурный напор выше, чем в (а)

Независимо от взаимного направления движения теплоносителей средний температурный напор Δtcp  (^оС) определяется по уравнению:

Экспериментальная установка

Установка (рис. 3) представляет собой поверхностный теплообменник, выполненный из двух труб, размещенных одна внутри другой. По внутренней трубе протекает горячая вода (горячий теплоноситель). По наружной – холодная (холодный теплоноситель).

Для определения температур воды на входе и выходе из теплообменника установлены термопары, значения отображаются на панели управления ТЕ11-ТЕ12 (⁰С) –для холодного теплоносителя и ТЕ9-ТЕ10 (⁰С) для горячего теплоносителя.

Расходы теплоносителей, протекающего через теплообменник, отображаются на панели управления – FE1- FE2 (л/мин), соответственно для горячего и холодного потоков. Регулирование расхода теплоносителя осуществляется вентилями К4-К7. Переключение схемы с прямоточной, на противоточную производится преподавателем.

Рисунок 3. – Схема экспериментальной установки (противоток)

ТЕ11 – входная температура холодной воды;

ТЕ12 – выходная температура холодной воды;

ТЕ10 – входная температура горячей воды;

ТЕ9 – выходная температура горячей воды;

FE2 – расход холодной воды;

FE1 – расход горячей воды.

Порядок выполнения работы

1. Изучить устройство и работу стенда, порядок проведения лабораторной работы согласно настоящим «Методическим указаниям».

2. Убедиться, что установка готова к работе: накопительный бак заполнен чистой водой на 2/3 объёма.

3. Подключить исследуемый теплообменник с помощью трубок с быстроразъемными соединителями к контурам горячей и холодной воды открыть все краны подачи воды в горячем и холодном контуре (К4-К7), как на стенде, так и трубках подачи воды в теплообменник.

4. Включить питание стенда (загорается лампа).

5.После загрузки на сенсорной панели выбрать лабораторную работу «Исследование теплового процесса в теплообменном аппарате типа «труба в трубе»

6. Подключить ноутбук к разъёму на боковой панели «Модуля управления и индикации». Включить и запустить специализированное ПО. Показания датчиков температуры и расходомеров будут отображаться на экране ноутбука в цифровом виде и виде графиков.

7. Включить насос М1 и М2 соответствующими переключателями на блоке управления.

8. На сенсорной панели управления задать температуру горячего теплоносителя (~60 ^оС) и включить нагрев.

9. По достижении температуры в нагревательном контуре заданного значения по показаниям датчикаТЕ13 на сенсорной панели, включить насос М3 и вентилятор М4 охлаждения контура холодной воды.

10. Отрегулировать расходы теплоносителей в контурах теплообменника, начиная с максимального значения.

11. При достижении установившегося режима температур в контурах теплообменника зафиксировать показания температуры и расходов теплоносителя в таблицу измерений.

12. Повторить опыт при различных установках температуры и расходов теплоносителей в контурах теплообменника.

13. По окончании эксперимента выключить нагреватель ЕК1 на сенсорной панели. Выключить насосы М1, М2, М3, вентилятор М4 соответствующими переключателями на блоке управления. Закрыть все краны подачи воды в контуры теплообменника.

Полученные данные внести в таблицу измерений 1.

Таблица измерений 1

№	Расход (вода) л/мин		Температура горячего теплоносителя,(вода)		Температура холодного теплоносителя,(вода)
			На входе tгорвх	На выходе tгорвых	На входе tхолвх	На выходе tхолвых
1
2
Ср.

Задание:

1. Выполнить расчет согласно методическим указаниям (для режима противотока).

2. Начертить график изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена.

3. Расход теплоносителя G (л/мин) перевести в (м³/с)

Примечание: 1 (л/мин)=0,0000167).

Обработка экспериментальных данных

1. Если пренебречь потерей теплоты, то можно считать, что количество теплоты передаваемого от горячего теплоносителя равно количеству теплоты полученного холодным теплоносителем.

Q = (Вт)

Где: G_гор –расход горячей воды, м³/с;

_гор –изобарная удельная теплоемкость горячей воды по средней температуре теплоносителя (Дж/(кг⋅К);

Δ t = 0,5(tгорвх + tгорвых ) (оС )

ρ – плотность воды при средней температуре теплоносителя, (кг/м³)

(приложение 2)

Температурный напор горячего теплоносителя, ^оС:

ΔT_гор = Т_гор^вх – Т_гор^вых;

2. Определяем коэффициент теплопередачи K, Вт/(м²⋅К) из формулы:

Где: F ‑ площадь поверхности теплообменника, м²; (F=0,13 м²)

-средне-логарифмический напор температур, ^оС

3. Определяем эффективность работы аппарата при данном режиме:

Контрольные вопросы

1. Способы переноса теплоты. Дайте определения каждому виду.
2. Что называется теплообменным аппаратом?
3. Перечистите виды теплообменных аппаратов.
4. Назовите основные схемы движения теплоносителей в теплообменниках поверхностного типа.
5. На основе каких уравнений ведется расчет теплообменников.
6. Как определить количество теплоты, передаваемое при теплопередаче?
7. Как определить термодинамическую эффективность теплообменника?
8. Дайте характеристику схемам движения теплоносителей в теплообменнике.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

Тема: Определение передаваемой тепловой мощности воздушно-водяного теплообменника с принудительным охлаждением

Цель работы:

– определение передаваемой тепловой мощности от горячего теплоносителя к холодному воздуху в теплообменнике с наличием вентилятора;

– определение эффективности процесса теплопередачи.

Краткие теоретические сведения

В теплоэнергетике весьма часто возникает необходимость передачи тепловой энергии от одного рабочего тела к другому. Этот процесс осуществляется с помощью специальных устройств – теплообменных аппаратов. Известны следующие типы теплообменников: рекуперативный, регенеративный и смесительный.

Наиболее распространенными являются рекуперативные теплообменные аппараты. Они представляют собой устройства, в которых два рабочих тела – теплоносителя с различными температурами текут в каналах, разделенных стенкой. Передача теплоты происходит с помощью процессов конвекции и теплопроводности как на (рис. 1). Видно, что сначала осуществляется теплоотдача от горячего теплоносителя к стенке, затем идет теплопроводность через стенку, и окончательно, теплоотдача от стенки к холодному теплоносителю. В целом этот процесс называют теплопередачей.

Рисунок 1. Теплопередача в рекуперативном теплообменном аппарате

Основными уравнениями для расчета теплообменника, работающего
в стационарном режиме, являются уравнения теплового баланса и теплопередачи.

Уравнение теплового баланса означает равенство количества тепла, отдаваемого горячим теплоносителем Q_гор, сумме количеств тепла, воспринимаемого холодным теплоносителем Q_хол, и потерь в окружающую среду Q_пот:

(1)

В современных теплообменниках потери теплоты в окружающую среду составляют примерно 1÷3%. Теплота, отдаваемая горячим теплоносителем:

(кВт) (2)

Теплота, полученная холодным теплоносителем:

(кВт) (3)

Где:

G_гор, G_хол – соответственно расходы горячего и холодного теплоносителей, (м³/с);

, – средние изобарные удельные теплоемкости горячего и холодного теплоносителей, (КДж/кг ^оС);

изменение температур горячего теплоносителя, (^оС);

изменение температур холодного теплоносителя, (^оС);

ρ – плотность воды (кг/м³) при средней температуре теплоносителя

(приложение1)

Уравнение теплопередачи определяет количество теплоты Q, передаваемой через поверхность теплообменника площадью F, при средне-логарифмическом напоре температур и коэффициенте теплопередачи К:

(кВт) (4)

Коэффициент теплопередачи К (кВт/м²∙К) характеризует интенсивность передачи теплоты от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку. Он численно равен количеству теплоты, проходящей через единицу поверхности стенки в единицу времени при разности температур между средами в один градус.

Средне-логарифмический температурный напор также определяет интенсивность передачи теплоты. Он соответствует осредненной по теплообменной поверхности разности температур горячего и холодного теплоносителей. Характер изменения температур теплоносителей по поверхности рекуперативного теплообменного аппарата зависит от схемы их движения. Наиболее простыми схемами движения являются: прямоток (рис. 2, а) и противоток (рис. 2, б).

а. б.

Рисунок 2. Схемы движения теплоносителей

Для них, средне-логарифмический напор температур вычисляется по формуле:

(^оС) (5)

Существуют аппараты и с более сложными схемами движения теплоносителя. Для них в формулу (5) вводят поправку.

Эффективность теплообменника можно оценить по формуле:

(6)

Это отношение количества теплоты, передаваемой в данном теплообменнике, к количеству теплоты, передаваемой в теплообменнике с бесконечно большой поверхностью теплообмена с теми же параметрами на входе.

Во всех случаях при прямотоке передается меньшее количество теплоты, т.е. противоток более экономичен по сравнению с прямотоком.

В рекуперативных теплообменных аппаратах передача теплоты происходит с помощью процессов конвекции и теплопроводности. Из курса физики известно, что конвекция – вид теплообмена, при котором внутренняя энергия передается струями и потоками. Существует т. н. естественная конвекция, которая возникает в веществе самопроизвольно при его неравномерном нагревании в поле тяготения. При такой конвекции нижние слои вещества нагреваются, становятся легче и всплывают, а верхние слои, наоборот, остывают, становятся тяжелее и опускаются вниз, после чего процесс повторяется снова и снова. Таким образом, этот процесс происходит под действием силы Архимеда, которая в однородном веществе не может быть очень велика. Поэтому скорости перемещения теплоносителя в условиях свободной конвекции небольшие, и при значительных гидравлических диаметрах, характерных для теплообменников может реализовываться только ламинарный режим, с невысокими коэффициентами теплопередачи.

Другое дело вынужденная конвекция. Здесь перемещение теплоносителя осуществляется насосом или компрессором, и скорости потоков зависят только от мощности привода. Обычно теплообменники проектируют под турбулентный режим течения, так как коэффициент теплоотдачи получается выше, а сам теплообменник компактнее.

Однако в некоторых случаях, например для охлаждающих радиаторов, где для поддержания постоянной температуры необходимо регулировать процесс теплообмена, могут существовать режимы, когда вентилятор охлаждающего воздуха совсем отключают. То есть переходят к свободной конвекции.

Задание: Ознакомиться с теоретической основой по данной работе. Ответить на контрольные вопросы. Начертить схему установки только для данного эксперимента с обозначениями. Выполнить эксперимент и произвести расчет.

Экспериментальная установка

Для работы используется «Стенд для исследования вынужденной и естественной конвекции СВЕ-001» (рис.4).

Воздушно-водяной теплообменник А3– это оребренный змеевик в виде коробчатой конструкции с наличием вентилятора. Принцип действия: горячая вода из бака 9 подается насосом В9 через ротаметр А1, где поддерживается заданный расход, в трубчатый змеевик (Вход ГВ) и далее сливается в бак 9. Вентилятор создает поток воздуха, который забирается из помещения, проходит сквозь трубчатую оребренную поверхность теплообменника А3. Поток воздуха нагревается и выбрасывается в помещение, а вода – охлаждается. Параметры температуры фиксируются на щите управления стенда.

Площадь поверхности теплообменника Вода-Воздух – F=0,22 м².

Рисунок 3. Схема и общий вид щита управления стенда

Рисунок 4. Общий вид и принципиальная схема стенда

Порядок выполнения работы

1. Заполнить емкость В2 водой на 10-20 л.
2. Включить щит управления, нажав на кн. «ПУСК» В6.
3. Нажать кн. «ПУСК» ТЭНа В7, довести температуру до 40-60 ⁰С (контроль по температуре В2).
4. Все краны на стенде закрыты.
5. Открыть кран К7, К8, К9.
6. На щитке управления включить насос 10 горячего контура В8, включить вентилятор, В9 кн. «ПУСК».
7. С помощью регулировочного вентиля К9 на выходе насоса горячей воды В3 добиться стабильного расхода на Ротаметре А1.
8. Снять показания:

– температура входа горячей воды (t’гв) ⁰С по данным датчика А3;

– температура выхода горячей воды ( t”гв ) ⁰С по данным датчиков А4 ;

-температура холодного воздуха на входе (t’в-х) ⁰С в теплообменник по температуре окружающего воздуха;

– температура горячего воздуха на выходе (t”в-х) ⁰С по данным датчика А5.

Повторить эксперимент при выключенном вентиляторе (по заданию преподавателя). Заполнить таблицу 1 измерений и выполнить расчет.

Таблица измерений 1

№	Расход теплоносителя	Температура горячего теплоносителя (вода)		Температура холодного теплоносителя (воздух)
	Gгор (вода) л/мин	На входе t’гв, о С (А3)	На выходе t”гв, о С (А4)	На входе t’в-х, о С	На выходе t”в-х, о С (А5)
1
2
3
ср

Обработка экспериментальных данных

Для расчета берем из таблицы усредненные значения.

1. Потерями теплоты пренебрегаем, тогда определяем количество теплоты от горячего теплоносителя к воздуху:

(кВт)

Где: ρ – плотность воды (кг/м³) при средней температуре теплоносителя

(приложение 2)

Примечание: для определения расхода теплоносителя Gгор (необходимо перевести (л/мин) в (м³/сек).

Расход горячей воды определяется по ротаметру А1 (GPM-галлонов в минуту или LPM-литров в минуту).

Примечание: 1 GPM (галонов в мин)=0,000063 м³/сек

1 LPM ( литр в мин)=0,0000167 м³/сек

– изобарная удельная теплоемкость горячего теплоносителя, (КДж/кг ^оС);

– температурный напор горячего теплоносителя, (^оС);

2. Определяем коэффициент теплопередачи К (кВт/м²К) при вынужденном движении воздуха.

(кВт)

F=0,22 м²-площадь поверхности теплообменника вода-воздух.

средне-логарифмический температурный напор:

(^оС)

3. Эффективность аппарата находим по формуле

Контрольные вопросы

1. Назначение рекуперативных теплообменных аппаратов.

2.Как происходит процесс переноса теплоты в таком теплообменнике?

3. Напишите основные уравнения для расчета теплообменника.

4.Что показывает уравнение теплового баланса?

5. Что показывает уравнение теплопередачи?

6.На что влияет схема движения теплоносителей в теплообменнике?

7. Как определить эффективность теплообменника?

8. От чего она зависит?

9.Чем отличается естественная конвекция от вынужденной?

10. Можно ли данный опыт провести без вынужденного движения воздуха?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9

Тема: Определение передаваемой тепловой мощности кожухотрубчатого теплообменника при «прямотоке»

Цель работы: определение эффективности процесса теплопередачи для рекуперативного теплообменника типа “труба в трубе” при прямоточном движении теплоносителей

 

Краткие теоретические сведения

Рекуперативный теплообменник типа “труба в трубе” обладает существенным недостатком. При заданных габаритах он имеет невысокую площадь теплообменной поверхности, иначе говоря, малую компактность. Существенно лучшими в этом отношении являются кожухотрубчатые и пластинчатые теплообменные аппараты, изображенные на рис. 1.

а б

Рисунок 1. Теплообменники:

а – кожухотрубчатый; б – пластинчатый

Кожухотрубчатый теплообменник представляет собой систему труб, заключенных в кожух. В трубах течет один теплоноситель, второй в межтрубном пространстве. Организация течения в последнем осуществляется с помощью системы перегородок. С учетом того, что трубы могут быть как прямыми, так и U – образными, возможно значительное количество схем тока.

Пластинчатые теплообменники представляют систему параллельных плоских пластин, соединенных ребрами. Ребра увеличивают площадь теплообменной поверхности и придают конструкции жесткость. Пластинчатые теплообменники превосходят кожухотрубчатые по компактности, но уступают по максимальному рабочему давлению, что ограничивает область их применения.

Хотя теплообменные аппараты – распространенные в энергетике устройства, как правило, нет необходимости создавать специальный теплообменник для каждой новой задачи. Для принятия решения о возможности использования уже имеющегося теплообменного аппарата проводят специальные расчеты, однако небольшой теплообменник можно непосредственно испытать на новом режиме. При этом сравнивают его тепловую эффективность с требуемой.

Экспериментальная установка

Для выполнения лабораторной работы используется «Стенд для исследования вынужденной конвекции СВЕ-001» (рис. 2) и (рис3). Кожухотрубчатый водяной теплообменник А4 представляет собой аппарат, по трубам которого проходит горячая вода, в межтрубном пространстве – холодная вода. Теплоносители подаются насосами по замкнутому контуру. Регулирование расхода осуществляется с помощью вентилей К9 и К10.Расход контролируется по ротаметрам А1 и А2. Горячая вода в теплообменник поступает только в одном направлении, а направление холодного теплоносителя можно изменить.

Конструктивные характеристики теплообменника:

Длина – 555 мм

Наружный диаметр кожуха – 70 мм

Наружный диаметр трубок – 12 мм

Внутренний диаметр трубок – 10 мм

Площадь поверхности теплообменника – 400 см²

Материал трубок- медь.

Рисунок 2. Принципиальная схема стенда

Рисунок 3. Щит управления стенда

Задание: Ознакомиться с теоретическим содержанием. Ответить на контрольные вопросы. Нарисовать схему установки с кожухотрубчатым теплообменником. Выполнить работу и снять показания, сделать расчет. Начертить схему изменения температур горячего и холодного теплоносителей вдоль поверхности теплообмена при прямоточном движении теплоносителей.

Порядок выполнения работы в «прямотоке».

1. Заполнить емкости В1 и В2 водой до необходимого уровня (1/2 бака).

2. Собрать схему подачи холодной воды:

– открыть краны К10, К3 и К6.

– закрыть краны К4 и К5.

3. Собрать схему подачи горячей воды:

– открыть краны К9, К1 и К2

– закрыть краны К7 и К8.

4. Включить ТЭН -В7 на щите управлении. Дождаться нагрева воды до 40-60 ⁰С, включить последовательно насос холодной воды В10 и насос горячей воды В8.

5. С помощью регулировочных вентилей К9 и К10 добиться стабильного расхода горячей и холодной воды по ротаметрам А1 и А2

6. Снять показания температуры по данным датчиков со щита управления:

-входа (t’гв) ⁰С и выхода горячей воды ( t”гв ) ⁰С,

-входа (t’хв) ⁰С и выхода холодной воды (t”хв ) ⁰С.

7. Заполнить таблицу измерений 1 для «прямотока».

8. После снятия показаний выключить насосы В8, В10, ТЭН –В7 и «сеть». Закрыть все краны.

Таблица измерений 1

№	Расход (вода) л/мин		Температура горячего теплоносителя 0С (вода)		Температура холодного теплоносителя 0С (вода)
	Gгор	Gхол	На входе (t’гв)	На выходе ( t”гв)	На входе (t’хв)	На выходе ( t”хв)
1
2
ср

Обработка экспериментальных данных

1. Определить средние значения параметров.

2. Потерей теплоты в окружающую среду не учитываем, тогда количество теплоты, переданной от одного теплоносителя к другому:

Q_гор= G_гор⋅⋅ΔT_{гор •} ρ (кВт)

G_гор, –массовый расход горячего теплоносителей, м³/с; . (GPM-галлонов в минуту или LPM-литр в минуту). Примечание: 1 LPM=0,0000167 м³/сек

– средняя изобарная удельная теплоемкость горячего теплоносителя, КДж/кг ^оС; (приложение1)

ΔT_гор = Т_гор^вх – Т_гор^вых– изменение температур горячего теплоносителя, ^оС.

ρ – плотность воды при средней температуре теплоносителя, кг/м³, (приложение 2)

3. Средний температурный напор теплоносителей:

( ^оС )

4. Коэффициент теплопередачи К (кВт/м²К):

Q = КF (кВт)

Где: Площадь поверхности теплообменника – 400 см²

5. Эффективность теплообменника:

Контрольные вопросы

1.Что устанавливает уравнение теплового баланса?

2. Достоинства и недостатки кожухотрубчатого теплообменника.

3. Что такое прямоток и противоток в поверхностном теплообменнике?

4. Что устанавливает коэффициент теплопередачи?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

Тема: Определение передаваемой тепловой мощности кожухотрубчатого теплообменника при «противотоке»

Цель работы: определение эффективности процесса теплопередачи для рекуперативного теплообменника типа “труба в трубе” при противоточном движении теплоносителей.

 

Краткие теоретические сведения

Рекуперативный теплообменник типа “труба в трубе” обладает существенным недостатком. При заданных габаритах он имеет невысокую площадь теплообменной поверхности, иначе говоря, малую компактность. Существенно лучшими в этом отношении являются кожухотрубчатые и пластинчатые теплообменные аппараты, изображенные на рис. 1.

а б

Рисунок 1. Теплообменники:

а – кожухотрубчатый; б – пластинчатый

Кожухотрубчатый теплообменник представляет собой систему труб, заключенных в кожух. В трубах течет один теплоноситель, второй в межтрубном пространстве. Организация течения в последнем осуществляется с помощью системы перегородок. С учетом того, что трубы могут быть как прямыми, так и U – образными, возможно значительное количество схем тока.

Пластинчатые теплообменники представляют систему параллельных плоских пластин, соединенных ребрами. Ребра увеличивают площадь теплообменной поверхности и придают конструкции жесткость. Пластинчатые теплообменники превосходят кожухотрубчатые по компактности, но уступают по максимальному рабочему давлению, что ограничивает область их применения.

Хотя теплообменные аппараты – распространенные в энергетике устройства, как правило, нет необходимости создавать специальный теплообменник для каждой новой задачи. Для принятия решения о возможности использования уже имеющегося теплообменного аппарата проводят специальные расчеты, однако небольшой теплообменник можно непосредственно испытать на новом режиме. При этом сравнивают его тепловую эффективность с требуемой.

Экспериментальная установка

Для выполнения лабораторной работы используется «Стенд для исследования вынужденной конвекции СВЕ-001» (рис. 2) и (рис3). Кожухотрубчатый водяной теплообменник А4 представляет собой аппарат, по трубам которого проходит горячая вода, в межтрубном пространстве – холодная вода. Теплоносители подаются насосами по замкнутому контуру. Регулирование расхода осуществляется с помощью вентилей К9 и К10. Расход контролируется по ротаметрам А1 и А2. Горячая вода в теплообменник поступает только в одном направлении, а направление холодного теплоносителя можно изменить.

Конструктивные характеристики теплообменника:

Длина – 555 мм

Наружный диаметр кожуха – 70 мм

Наружный диаметр трубок – 12 мм

Внутренний диаметр трубок – 10 мм

Площадь поверхности теплообменника – 400 см²

Материал трубок- медь.

Рисунок 2. Щит управления стенда

Рисунок 3. Принципиальная схема стенда

Задание: Ознакомиться с теоретическим содержанием. Ответить на контрольные вопросы. Нарисовать схему установки с кожухотрубчатым теплообменником. Выполнить работу и снять показания, сделать расчет. Начертить схему изменения температур горячего и холодного теплоносителей вдоль поверхности теплообмена при противоточном движении теплоносителей.

Порядок выполнения работы в «противотоке»

1.Заполнить емкости холодной и горячей воды до необходимого уровня.

2. Собрать схему подачи холодной воды:

– открыть краны К10, К5 и К4.

– закрыть краны К3и К6.

3. Собрать схему подачи горячей воды:

– открыть краны К9, К1 и К2

– закрыть краны К7 и К8.

4. Включить «сеть» В6 на щите управления. Включить нагревательный элемент в баке-(ТЭН) В7 на щите управлении. Дождаться нагрева воды до 40-60 ⁰С (около 10-20 мин).

5. Включить последовательно насос холодной воды В10, насос горячей воды В8.

6. С помощью регулировочных вентилей К9 и К10 добиться стабильного расхода теплоносителей. Определить значение расхода горячей воды по Ротаметру А1, расход холодной воды (л/мин) – по Ротаметру А2.

7. Снять показания температуры по данным датчиков на щите управления:

-входа (t’ гв) и выхода горячей воды ( t” гв ) ^оС;

-входа (t’ хв) и выхода холодной воды (t”хв ) ^оС.

8. Заполнить таблицу измерений 2 для «противотока».

9. После снятия показаний выключить насосы В8, В10, В7 и «сеть». Закрыть все краны.

Таблица измерений 2

№	Расход (вода) литр / мин		Температура горячего теплоносителя 0С (вода)		Температура холодного теплоносителя 0С (вода)
	Gгор	Gхол	На входе (t’гв)	На выходе ( t”гв)	На входе (t’хв)	На выходе (t”хв)
1
2
ср

Обработка экспериментальных данных

1. Определить средние значения параметров.

2. Количество теплоты определить по формуле:

Q_гор= G_гор⋅⋅ΔT_{гор •} ρ (кВт)

Где: G_гор, –массовый расход горячего теплоносителей, м³/с;

Примечание: 1 LPM (л/ мин)=0,0000167 м³/сек

–средняя изобарная удельная теплоемкость горячего теплоносителей, КДж/кг ^оС; (приложение1)

ΔT_гор = Т_гор^вх – Т_гор^вых– изменение температур горячего теплоносителя, ^оС.

ρ – плотность воды при средней температуре теплоносителя, кг/м³, (приложение 2)

3.Средний температурный напор определить по формуле ( ^оС )

4. Коэффициент теплопередачи К (кВт/м²К) определить при противоточной схеме движения теплоносителя из формулы:

Q = К∙∙F (кВт)

Площадь поверхности теплообменника – 400 см²

5. Эффективность аппарата найти по формуле:

Контрольные вопросы

1.Что устанавливает уравнение теплового баланса?

2. Достоинства и недостатки кожухотрубчатого теплообменника.

3. Что такое прямоток и противоток в поверхностном теплообменнике?

4. Что устанавливает коэффициент теплопередачи?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Лабораторные работы должны быть оформлены в соответствии с требованиями, установленными методическим советом ГАПОУ «Казанский энергетический колледж».

Отчеты о выполненной работе представляются в конце занятия преподавателю для про­верки.

При выполнении отчета по лабораторным работам необходимо придерживаться указанных ниже правил.

1. Задание оформляется аккуратно фиолетовой или черной пастой на отдельных листах формата А4.

2. На обложке указываются: название раздела и профессионального модуля, фамилия и инициалы студента, номер группы, специальность.

3. В отчет должны быть включены все лабораторные работы, приведенные в методическом указании.

4. Лабораторные работы надо располагать в порядке их номеров.

5. Оформление должно содержать номер работы, цель работы, таблицу измерений, формулы и решение, схемы стендов, выводы, графики, если они требуются, ответы на контрольные вопросы.

6. Необходимо обязательно указывать единицы измерения.

На зачете необходимо представить работу и устно ответить на вопросы преподавателя.

ЛИТЕРАТУРА

1. Теоретические основы теплотехники. Теплоперенос : учебное пособие / В.Н. Королев, А.В. Островская ; М‑во науки и высш. обр. РФ.— Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2021.— 206 с.Соколов М.М. Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики. [Электронный ресурс]: учеб.- метод. пос. / М.М. Соколов; Нижегор. гос. архитектур. – строит. ун – т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2022 – 50 с; ил. 1 электрон. опт. диск (CD-RW)
2. Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики: Учебник / О.Н. Брюханов, В.И. Коробко, А.Т. Мелик-Аракелян. – М.: НИЦ ИНФРА-М, 2023. – 254 с.: 60×90 1/16. – (Среднее профессиональное образование).
3. Александров, А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара [Текст]: Справочник. Рек. Гос. Службой стандартных справочных данных. ГСССД Р-776-98. -2-е изд., стереот. – М.: Издательский дом МЭИ, 2006. – 168 с.; ил.; 26 см. – 5000 экз. – ISBN 5-903072-43-7.

Приложение 1.

Физические свойства сухого атмосферного воздуха при p=101,3 кПа.

Приложение 2

Свойства воды при температурах от 0 до 100°С при атмосферном Р_а=1,013 бар

Температура	Плотность	Теплоемкость
°C	кг/м3	кДж/ (кг °С)	кКал/ (кгоС)
26.00	996.86	4.179	0.998
27.00	996.59	4.179	0.998
28.00	996.31	4.179	0.998
29.00	996.02	4.179	0.998
30.00	995.71	4.178	0.998
31.00	995.41	4.178	0.998
32.00	995.09	4.178	0.998
33.00	994.76	4.178	0.998
34.00	994.43	4.178	0.998
35.00	994.08	4.178	0.998
36.00	993.73	4.178	0.998
37.00	993.37	4.178	0.998
38.00	993.00	4.178	0.998
39.00	992.63	4.179	0.998
40.00	992.25	4.179	0.998
41.00	991.86	4.179	0.998
42.00	991.46	4.179	0.998
43.00	991.05	4.179	0.998
44.00	990.64	4.179	0.998
45.00	990.22	4.180	0.998
46.00	989.80	4.180	0.998
47.00	989.36	4.180	0.998
48.00	988.92	4.180	0.998
49.00	988.47	4.181	0.999
50.00	988.02	4.181	0.999
51.00	987.56	4.181	0.999
52.00	987.09	4.182	0.999
53.00	986.62	4.182	0.999
54.00	986.14	4.182	0.999
55.00	985.65	4.183	0.999
56.00	985.16	4.183	0.999
57.00	984.66	4.183	0.999
58.00	984.16	4.184	0.999
59.00	983.64	4.184	0.999
60.00	983.13	4.185	0.999
61.00	982.60	4.185	1.000
62.00	982.07	4.186	1.000
63.00	981.54	4.186	1.000