ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТОВ

По среднему значению термопар, определяется величина средней температуры по поверхности цилиндра (трубки) t_с.

, ºС (2.2)

где: n - количество измерении.

Тепловой поток, передаваемый трубкой путем конвекции, определяется из равенства

, (2.3)

где: - полный тепловой поток, который передаётся от нагревателя.

, Вт (2.4)

где: - поправка на тепловое излучение трубки, определяется по формуле

, Вт (2.5)

где e - степень черноты поверхности трубки, в диапазоне температур t = 40 - 260 °С; e = 0.07 - 0.1;

- коэффициент излучения абсолютно чёрного тела;

F - площадь поверхности трубки, м;

- абсолютная температура окружающей среды и поверхности трубки соответственно, К.

Результаты экспериментов представляются графически в виде зависимости , где . Полученные результаты можно использовать и для других процессов, но необходимо экспериментальные данные обобщить и представить их в критериальном виде

. (2.6)

Обычно это уравнение имеет вид

, (2.7)

где: и n - экспериментальные постоянные;

. - критерий Нуссельта;

. - критерий Релея;

. - критерий Грасгофа;

. - критерий Прандтля;

d –диаметр трубки (определяющий размер), м;

- коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/(м·К);

- ускорение свободного падения м/с²;

- температурный коэффициент объемного расширения воздуха. К^-1;

- кинематическая вязкость воздуха.

- коэффициент температуропроводности воздуха, м²/с.

Теплофизические свойства воздуха определяются из приложения 4 при средней температуре воздуха , ºС.

Результаты расчетов вносятся в протокол результатов табл.2.2

Таблица 2.2

Форма протокола результатов

№ п/п	tc, ºC	tж, ºC	Δt= tc- tж, ºC,	К-1	Вт/(м·К)	м3/с	Nuж	Raж	lgNu	Gr

Для определения постоянных коэффициентов (С и n) следует прологарифмировать критериальное уравнение (7);

. (2.8)

Результаты вычислений заносятся в табл. 2.2. По вычисленным значениям log Nu log Ra строится зависимость log Nu = f (log Ra)_, которая в случае С = const, n = const - является линейной.

Постоянная n определяется как тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс; .

Постоянная С для каждого опыта определяется из выра­жения

. (2.9)

3а окончательное значение коэффициента С принимается среднеарифметическое значение по результатам всех опытов.

Работа заканчивается построением критериального уравнения

. (2.10)

ОТЧЁТ О РАБОТЕ ДОЛЖЕН СОДЕРЖАТЬ

1. Краткое описание работы.

2. Принципиальную схему установки.

3. Протокол измерений (табл. 2.1).

4. Обработку результатов эксперимента (табл. 2.2).

5. Графики зависимостей: ; ; .

6. Критериальное уравнение .

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое свободное движение?

2. Дать определение естественной конвекции?

3. От чего зависит количество теплоты, переносимое при естественной конвекции?

4. Физический смысл критерия Nu?

5. Физический смысл критерия Ra?

6. Физический смысл критерия Gr?

7. Физический смысл критерия Рг?

8. Коэффициент теплоотдачи, физический смысл, формула, размерность?

Лабораторная работа № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА НА ЭВМ

Основной задачей расчета горения топлива является составление уравнений материального и теплового балансов процесса горения [4].

Материальный баланс служит для определения необходимого количества воздуха для полного сгорания 1 кг (1м^З) топлива и объема образующихся при этом продуктов сгорания. На основании стехиометрических уравнений горения теоретический расход воздуха для сгорания 1 кг твердого или жидкого топлива определяется по формуле:

, (3.1)

Аналогично для газообразного топлива:

(3.2)

Продукты полного сгорания топлива содержат 3-х атомные газы ( и ), азот () и водяной пар (). Теоретический объем продуктов сгорания определяется из соотношения:

м^З/кг (м^З/м^З) (3.3)

где ; ;; - теоретический выход 3-х атомных газов, азота и водяного пара соответственно, м^З/кг (м^З/ м^З).

При сжигании твердого или жидкого топлива теоретический выход компонентов продуктов сгорания определяется по формулам:

,м^З/кг (3.4)

,м^З/кг (3.5)

, м^З/кг (3.6)

Аналогично при сжигании газообразного топлива:

, м³/м³ (3.7)

, м³/м³ (3.8)

, м³/м³ (3.9)

Действительный выход продуктов сгорания, т.е. при сжигании топлива с коэффициентом избытка воздуха , определяется из соотношения:

, м^З/ кг (м^З/ м^З). (3.10)

Целью расчета теплового баланса процесса горения является определение температуры горения, которая зависит от теплоты сгорания топлива, физической теплоты компонентов горения, коэффициента избытка воздуха, степени диссоциации продуктов сгорания и величины тепловых потерь. На практике действительная температура горения определяется по формуле:

°С (3.11)

где - калориметрическая (адиабатная) температура горения, °С;

- пирометрический коэффициент установки.

Калориметрическая температура горения рассчитывается без учета эндометрических реакций диссоциации продуктов сгорания и тепловых потерь. Она может быть определена из следующей системы уравнений:

(3.12)

где: - теплота сгорания топлива, кДж/кг (кДж/м^З);

- физическая теплота компонентов горения, кДж/кг, (кДж/м^З);

- энтальпия продуктов сгорания, кДж/кг (кДж/м^З);

- энтальпия соответствующего компонента в продуктах сгорания и воздуха, кДж/м^З.

Структурная схема построения алгоритма

Описание программы

Программа реализует алгоритм, соответствующий расчетным зависимостям (4.1 - 4.12.) На рисунке представлена схема алгоритма.

В блоке 1 производится ввод исходных данных . B блоке 2 в соответствии с численным значением метки ( - твердое (жидкое) топливо, - газообразное топливо) управление передается на блок 3 или 5 соответственно. Затем в блоках 4 или 6 вычисляются объемы трехатомных газов, азота и водяных паров, а в блоке 7 - объем продуктов сгорания. В блоках 8 и 9 вычисляются теплота, вносимая в зону горения с топливом и воздухом, и энтальпия продуктов сгорания. Вычисление калориметрической температуры горения осуществляется методом последовательных приближений в цикле из блоков 9-11.

При исследовании зависимости калориметрической температуры от и , вводятся новые значения этих величин и управление передается на блок 7 (на рисунке не показано).

Порядок выполнения работы

Ознакомившись с алгоритмом и текстом программы, вводят ее в память ЭВМ. Правильность ввода проверяется тестированием с помощью контрольного примера. Затем для заданного топлива проводится исследование зависимостей калориметрической температуры горения от коэффициента избытка воздуха и его температуры (вид топлива, диапазон варьирования исходных параметров задается преподавателем).

На основании проведенных расчетов строят графики зависимостей ; и проводится их анализ.

Контрольные вопросы

1. Как определяется теоретический и действительный расходы воздуха, от чего они зависят?

2. Из каких компонентов состоят продукты сгорания орга­нического топлива, от чего зависит их объем?

3. Что называется температурой горения топлива, от чеп> она зависит?

4. Что называется жаропроизводительностью топлива?

7. Как определяется энтальпия продуктов сгорания?

Лабораторная работа №4

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МУФЕЛЬНОЙ ПЕЧИ

4.1. Цель работы

Изучение методики составления теплового баланса элек­трической нагревательной печи периодического действия, оцен­ка энергетического совершенства (КПД) печи.

4.2. Краткие теоретические сведения

Тепловой баланс теплотехнологической установки позво­ляет определить расход электроэнергии (топлива), оценить от­дельные статьи расходования теплоты, выяснить причины теп­ловых потерь и наметить пути повышения КПД установки. Уравнение теплового баланса электрической печи периодиче-, ского действия составляется применительно к одному техноло­гическому циклу и может быть записано в следующем виде

Q. = Q„„+Q_ra+Q„ + Q„ - Дж/цикл, (4.1)

где Q_Har - теплота, выделяемая электрическим нагревателем печи; Q_MaT - теплота, затраченная на нагрев материала; Q^ - по­тери теплоты теплопроводностью через кладку печи; Q_H3n - потери теплоты излучением через открытые окна; Q_aKK – теплота аккумулирования кладкой печи в процессе её разогрева.

Для определения расходных статей уравнения (4.1) можно воспользоваться следующими соотношениями

; Дж/цикл (4.2)

где - масса одной заготовки, кг; - теплоёмкость материала заготовки, ДжДкг • К); , - начальная и конечная температуры заготовок, °С; п - число заготовок, нагретых за технологический цикл

, Дж/цикл (4.3)

где , - температура внутренней и наружной поверхностей кладки печи, °С; - суммарные термические сопротивления кладки, (м² • К) /Вт; - средняя поверхность кладки печи, м²; - время технологического цикла, с.

(4.4)

где - излучательная способность абсолютно чёрного тела, Вт/(м²·К⁴); - приведённый коэффициент излучения системы «кладка - окружающая среда»; , - температура кладки и окружающей среды, К; - площадь окна, м²; Ф - коэффициент диафрагмирования.

, (4.5)

где - мощность электрического нагревателя печи, Вт; - время разогрева печи до заданной температуры, с.

Продолжительность технологического цикла печи периодического действия будет равна

(4.6)

где , , время, необходимое для загрузки, нагрева до заданной температуры и выгрузки одной заготовки, с.

Технологический КПД печи определяется из соотношения

(4.7)

4.3. Описание экспериментальной установки

Лабораторная установка (рисунок) состоит из электрической муфельной печи 1 типа МП-2У с размером рабочего пространства 245x94x174 мм. Рабочее пространство печи футеровано шамотом.

Принципиальная схема установки

Автоматическое поддержание температуры в рабочем пространстве печи осуществляется регулятором температуры 2. В рабочем пространстве печи на специальных кронштейнах располагается нагреваемая заготовка 3. Измерение температуры поверхностей кладки печи и заготовки производятся термопарой 4 типа TXA-VIII с потенциометром 5.

4.4. Порядок выполнения работы

Ознакомившись с оборудованием установки, включают печь и разогревают её до заданной преподавателем температуры, измеряя при этом время выхода печи на режим . После выхода печи на стационарный режим производиться загрузка заготовки, измеряя при этом время загрузки . Нагрев изделий осуществляют в течение отрезка времени , заданного преподавателем, измеряя температуру . Затем выгружают заготовку из печи, измеряя время выгрузки .

По формулам (4.2-4.6) вычисляют значения расходных статей теплового баланса, а по формуле (4.1) - количество теплоты выделяемое нагревателем, а по формуле (4.7) - технологический КПД печи.

Необходимые для расчётов параметры печи МП-2У выписываются из ее паспорта, а теплофизические параметры материалов - из справочника [2]. По результатам проведённых исследований необходимо построить зависимость и сделать выводы.

4.5. Контрольные вопросы

4.5.1. Какова цель составления баланса?

4.5.2. Чем отличается уравнение теплового баланса печи периодического действия от печи непрерывного действия?

4.5.3. Назовите основные статьи приходной части теплового баланса электрической и топливной печи.

4.5.4. Назовите основные статьи расходной части тепло­вого баланса электрической и топливной печи.

4.5.5. Что такое «технологический КПД печи», от чего зависит?

4.5.6. Как уменьшить потери теплоты теплопроводностью через кладку печи?

4.5.7. От чего зависят потери теплоты излучением через открытые окна?

Приложение 1

Теплофизические свойства сухого воздуха

При р=0,0981 МПа

t,ºC	кг/м3	ср КДж/(кг·К)	Вт/(м·К)	м2/с	МПа/с	м/c2	Pr
	1,251	1,00	2,438	19,4	17,19	13,75	0,71
	1,207	1,00	2,51	20,7	17,19	14,68	0,71
	1,166	1,00	2,58	22,0	18,19	15,61	0,71
	1,127	1,00	2,65	23,4	18,68	16,48	0,71
	1,091	1,00	2,72	24,8	19,16	17,57	0,71
	1,057	1,00	2,79	26,3	19,63	18,58	0,71
	1,026	1,01	2,86	27,6	20,10	19,60	0,71
	0.996	1,01	2,92	28,6	20,56	20,65	0,71
	0,987	1,01	2,99	30,6	21,02	21,74	0,71

Приложение 2

Согласно теории погрешностей оценкой точности измерения среднего арифметического значения, принимаемого за исключительное значение измеряемой величины, принимается среднее квадратичное отклонение

.

Таким образом, среднее квадратичное отклонение оценки среднего арифметического в раз меньше среднего квадратичного отклонения результатов отдельных измерений. Однако для получения полного представления о надёжности оценки погрешностей измерений должен быть указан доверительный интервал, в котором с заданной вероятностью находится значение измеряемой величины.

Так как нормальный закон справедлив при бесконечном числе измерений (практически при n>200), то для оценки доверительного интервала пользуются распределением Стьюдента, учитывающим влияние конечного числа измерений на величину доверительного интервала (при распределение Стьюдента сходится с нормальным). Граница доверительного интервала для заданного значения доверительной вероятности при неограниченном числе наблюдений записываются в виде

,

где - коэффициент Стьюдента, значение которого зависит от числа измерений n-1 и доверительной вероятности приведены в таблице

n-1	для значений	n-1	для значений
0,683	0,9	0,95	0,997	0,683	0,9	0,95	0,997
	1,833 1,283 1,197 1,142 1,110 1,089 1,075 1,066	6,314 2,920 2,353 2,132 2,015 1,943 1,845 1,859	12,710 4,303 3,182 2,776 2,571 2,447 2,365 2,306	234,8 18,72 9,005 6,485 5,404 4,819 4,455 4,209		1,058 1,052 1,042 1,036 1,031 1,027 1,024 1,016	1,833 1,812 1,782 1,761 1,746 1,734 1,725 1,697	2,262 2,228 2,179 2,145 2,120 2,101 2,086 2,042	4,032 3,898 3,711 3,586 3,496 3,430 3,378 3,230

Приложение 3

Природные газы

Продолжение прил. 3

Продолжение прил. 3

Приложение 4

Попутные газы

Продолжение прил. 4

Окончание прилож. 4

Приложение 5

Промыщленные газы

Приложение 6

Относаительные температуры поверхности пластины при значениях от0 до30

Приложение 7

Относительная температура поверхности пластины при значениях от 0 до 0,5

Приложение 8

Относительная температура центра пластины при значениях от 0 до 30

Приложение 9

Относительная температура от центра пластины при значениях от 0 до 0,5

Библиографический список

1. ГОСТ 11014-81. Угли бурые, каменные, антрацит и го­рючие сланцы. Ускоренный метод определения влаги. Изд-во стандартов. М., 1981.

2. ГОСТ 11022-75. Угли бурые, каменные, антрацит и го­рючие сланцы. Метод определения зольности. Изд-во стандар­тов. М., 1975.

3. ГОСТ 6382-80. Угли бурые, каменные, антрацит и го­рючие сланцы. Метод определения выхода летучих веществ. Изд-во стандартов. М., 1981.

4. Хзмалян Д.Я., Каган Я.Н. Теория горения и топочные устройства. М.: Энергия, 1976. 488 с.

5. Высокотемпературные теплотехнологические процессы и установки: учеб. для вузов / под ред. А.Д. Ключникова. М.: Энергоиздат, 1989. 336 с.

6. Расчет нагревательных и термических печей. справ., изд. / под ред. В.М. Тымчака, В.Л. Гусовского М.: Металлургия, 1983. 480 с.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 1

Лабораторная работа № 1

Экспериментальное определение теплопроводности теплоизоляционных материалов методом цилиндрического

слоя 2

Лабораторная работа № 2

Изучение теплоотдачи горизонтального цилиндра при свободной конвекции в неограниченном объёме 9

Лабораторная работа № 3

Исследование процесса горения топлива на ЭВМ 15

Лабораторная работа № 4

Тепловой баланс электрической муфельной печи 22

Приложения 26

Библиографический список 30

Поиск по сайту: