Подготовка установки к работе

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООТДАЧИ

ПРИ ПУЗЫРЬКОВОМ КИПЕНИИ ЖИДКОСТИ

Методические указания к лабораторной работе

для студентов второго курса специальности 101600

Тамбов 2003

УДК 621.1.016(076)

ББК з311я73-5

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

Составитель

к.т.н., профессор В.И. Ляшков

Рецензент

к.т.н., доцент В.И Барсуков

Исследование теплоотдачи при пузырьковом кипении жидкости: метод. указания к лаб. работе /Сост. В.И. Ляшков -Тамбов: Тамб. гос. тех. ун-т, 2003. -14 с

Приводятся методические указания и порядок выполнения лабораторной работы, включая подробное описание экспериментальной установки, методики проведения экспериментов и обработки опытных данных. Дается список рекомендуемой литературы.

Ó Тамбовский государственный

технический университет

Тамбов 2003

1. Цель работы

Осваивая методику теплофизических измерений, опытным путем определить величину коэффициента теплоотдачи a при пузырьковом кипении жидкости в большом объе6ме при разных тепловых нагрузках q. Выявить связь между a и q, сравнить результаты измерений с данными из литературных источников.

Основы теории

Коэффициент теплоотдачи a определяет количество теплоты переданной единицей поверхности твердого тела в окружающую жидкую или газообразную среду (или наоборот – от среды в стенку) за единицу времени при разности температур между поверхностью и жидкостью в один градус. Это одна из важнейших характеристик процесса теплоотдачи, учитывающая все его особенности, включая тепловые теплофизические свойства жидкости и любые режимные и геометрические факторы, влияющие на характер движения жидкости. Знание величины a совершенно необходимо при инженерных расчетах процессов теплообмена. Особенности теплоотдачи при пузырьковом кипении жидкости и методы расчетов величины a подробно описаны в учебной литературе [1], [2]. Этому же вопросу посвящено и ряд специальных монографий [3] - [5].

В соответствии с законом Ньютона – Рихмана предаваемый тепловой поток при теплоотдаче определяется формулой

, (1)

где Q – передаваемый тепловой поток , Вт; tc и tж – температуры стенки и окружающей жидкости, К; F – величина поверхности теплообмена, м².

Из формулы (1) получаем формулу для расчета a

, (2)

которая и составляет теоретическую основу планируемого исследования. Если опытным путем определить все величины, стоящие в правой ее части, то легко найти и значение am, как результат косвенных измерений.

Обычно в опытных установках нагрев теплоотдающей поверхности производится с помощью электронагревателя, и тогда количество подведенного за единицу времени тепла Q определяют по мощности электронагревателя, измеряя соответствующие электрические параметры

(3)

где U – падение напряжения на нагревателе, В; i – ток в цепи, а; Kп – некий коэффициент, учитывающий потери при трансформации электрической энергии в теплоту, особенно когда питание нагревателя осуществляется переменным током, а сам он обладает заметной индуктивностью. Для нагревателей с небольшим числом витков и малым диаметром намотки с приемлемой точностью можно принимать, что Кп=cosj=1,0. Температуры tc и tж обычно определяются с помощью термопар или термометров сопротивления, величину поверхности теплообмена F находят по результатам измерения соответствующих линейных размеров.

При пузырьковом кипении воды в атмосферных условиях различают две области кипения. В первой области при малых температурных напорах (Dt ≤ 5 ^oC) значения коэффициента теплоотдачи невелики и определяются условиями свободной конвекции однофазной жидкости. Во второй области при повышенных температурных напорах (5 ≤Dt≤ 25^oC) коэффициент теплоотдачи значительно возрастает. Это связано с интенсивной конвекцией жидкости вследствие возникновения, роста, отрыва и движения паровых пузырей. Для воды в диапазоне давлений р/р_кр ≤0,18 для расчета a применяются эмпирические формулы, полученные обработкой опытных данных [1]:

, (4)

или

a = 38,7×Dt^2,33×(10×pн)^0,5, (5)

где q=Q/F – плотность теплового потока, Вт/м², Dt= tc - tж – температурный напор, К; рн – давление насыщения при температуре tж, МПа.

3. Экспериментальная установка и методика измерений.

Общий вид экспериментальной установки приведен на рис.1. На передней панели находятся: многоканальный измеритель температуры 4 типа УКТ38-В-04 с выключателем 5, подключённый к двум хромель-копелевым термопарам (см. позиции 4 и 5 рис. 2); универсальный мультиметр 7 типа MY-68 с автоматическим переключением пределов измерений; тумблер электропитания установки 1; разъёмы V для подключения мультиметра 7; тумблер 3 для переключения мультиметра на измерение падения напряжения на образцовом сопротивлении Uо и напряжения на рабочем нагревателе Uн. Питание рабочего нагревателя осуществляется от ЛАТРа 6. Изменение мощности дополнительного нагревателя, обеспечивающего поддержание необходимой температуры в измерительном сосуде осуществляется регулятором мощности 1.

Рис. 1. Общий вид экспериментальной установки

Рис. 2. Внутреннее устройство установки

На рис.2 приведена схема внутреннего устройства лабораторной установки, включая и электрическую схему питания рабочего нагревателя и схему измерений. Нагреваемый медный цилиндр 7 с рабочим нагревателем находится в цилиндрической стеклянной ёмкости 6,заполненной дистиллированной водой. Эта емкость частично погружена в водоподогреватель 8 с дополнительным электронагревателем 9, питание на который приходит от регулятора мощности 1. Рабочий нагреватель соединяется проводами 3 с лабораторным автотрансформатором. Последовательно с этим нагревателем включено образцовое сопротивление Rо для определения величины электрического тока в цепи по измеренному значению падения напряжения на нем. Переключатель 2 позволяет использовать универсальный прибор МУ-68 для измерения падения напряжения на рабочем нагревателе Uн и на образцовом сопротивлении Uо. В этом случае выделяемая мощность (а значит и тепловой поток) определяется по мощности, потребляемой рабочим нагревателем:

Q =U_н i= U_н (U_o/R_o), (6)

где U_н – падение напряжения на рабочем нагревателе, В; U_о - падение напряжения на образцовом сопротивлении R_o, В

Внутри медного установлены две термопары, подведённые снизу с помощью трубки 4.Спаи термопар находятся в непосредственной близости от внешней поверхности пластины. Для измерения температуры кипящей воды в ёмкости 6 вблизи поверхности пластины размещена третья термопара 5. Предварительный подогрев воды до 70-80 ^oC в ёмкости 7 производится благодаря работе нагревателя 9.

Подготовка установки к работе.

1. Проверить уровень воды в водо подогревателе 8. При необходимости отвернуть крышку и заполнить его на 2/3 водой.

2. Проверить уровень воды в емкости 6. При необходимости приподнять крышку и наполнить ее на 2/3 дистиллированной водой.

3. Убедиться в том, что термоэлектроды термопар подсоединены к измерителю температуры, а электроподводы к нагревателю надёжно изолированы.

4. Визуально проверить наличие заземления установки и ЛАТРа.

Поиск по сайту: