LABORATORIUM TECHNIKI CIEPLNEJ INSTYTUTU TECHNIKI CIEPLNEJ WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ

Transkrypt

1 INSTYTUTU TECHNIKI CIEPLNEJ WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ INSTRUKCJA LABORATORYJNA Temat ćwiczenia: WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA PRZENIKANIA CIEPŁA PODCZAS SKRAPLANIA PARY WODNEJ

2 Wyznaczanie współczynnia przeniania ciepła podczas srapania pary wodnej 2 WSTĘP Zjawiso przeniania ciepła jest złożonym zjawisiem przepływu ciepła i poega na przepływie ciepła od płynu ciepłego poprzez stałą przegrodę (może być wieowarstwowa) do płynu chłodniejszego Przenianie ciepła słada się więc z wniania ciepła od płynu ciepejszego do stałej przegrody, przewodzenia ciepła w przegrodzie oraz wniania ciepła od przegrody do płynu chłodniejszego d w t d z t w t w2 Q t 2 Rys Rozład temperatury przy przenianiu ciepła przez przegrodę cyindryczną Na ćwiczeniach aboratoryjnych ciepło przepływać będzie od srapającej się pary o temperaturze t do wody chłodzącej o temperaturze t 2 (zmieniającej się od t 2d do t 2w ) Strumień ciepła przy przenianiu oreśa prawo Peceta Da przegrody cyindrycznej ma ono następującą postać: Q & = q& =, () gdzie: współczynni przeniania ciepła da przegrody cyindrycznej zwany współczynniiem Peceta, W [ ] = m K m średnia różnica temperatury między srapającą się parą i sropinami a wodą chłodzącą, długość ruri srapacza Da rozładu temperatury wzdłuż długości rury ja na rysunu 2, średnia różnica temperatury może być obiczona następująco: m m = p n p, (2) Instrucja aboratoryjna

3 Wyznaczanie współczynnia przeniania ciepła podczas srapania pary wodnej 3 gdzie: t p = t = t d w t t 2d 2w t d para sropiny t w p woda chłodząca t 2w t 2d x Rys 2 Rozład temperatury płynów wzdłuż długości ruri srapacza aboratoryjnego t d = t s (p ot ) temperatura srapającej się pary, równa temperaturze nasycenia przy p ot, t w temperatura sropin na wypływie ze srapacza, t 2d temperatura wody chłodzącej na dopływie do srapacza, t 2w temperatura wody chłodzącej na wypływie ze srapacza Woda chłodząca przepływa przez rurę o stosunu średnic d z /d w = 00 mm/80 mm i długości = 52 m 2 OBLICZENIE WSPÓŁCZYNNIKA PRZENIKANIA CIEPŁA Zgodnie ze wzorem () współczynni przeniania ciepła da przegrody cyindrycznej może być obiczony następująco: = Q& (3) m Ze wzoru (3) wynia, że da obiczenia trzeba pomierzyć strumień ciepła Q przepływający od pary i sropin do wody chłodzącej Strumień ten zostanie wyznaczony przez pomiar iości sropin i obiczony ze wzoru: Q Q = = τ τ ( t t ) & msr r + msr csr d w, (4) Instrucja aboratoryjna

4 Wyznaczanie współczynnia przeniania ciepła podczas srapania pary wodnej 4 gdzie przez: m sr oznaczono masę sropin (m sr = V sr ρ sr ), g r = r(p ot ) entapię parowania (srapania), J/g c sr średnie ciepło właściwe sropin, J/(g K) τ oznaczono czas trwania próby, s Do obiczenia średniej różnicy temperatury (patrz wzór (2)) naeży pomierzyć ub wyznaczyć: temperaturę srapającej się pary t d, wieość ta jest funcją ciśnienia otoczenia (ponieważ przy taim ciśnieniu para jest srapana), a zatem t d = t s (p ot ) i wieość tę naeży odczytać z tabic parowych, temperaturę sropin na wypływie ze stanowisa badawczego t w mierzy się termometrem rtęciowym, temperaturę wody chłodzącej na wypływie t 2w mierzy się na ońcu pomiaru przy użyciu termometru w naczyniu, w tórym gromadzi się wodę chłodzącą, temperaturę wody chłodzącej na dopływie t 2d obicza się ze wzoru: t 2 d = t 2 w w, (5) gdzie w oznacza przyrost temperatury wody chłodzącej Przyrost ten mierzy się przy użyciu termopar NiCr-Ni co 30 seund w czasie właściwego pomiaru, ze wzgędu na to, że trudno jest osiągnąć ideany stan ustaony w czasie pomiaru (narastająca na rurce srapacza błona sropin powoduje wzrost oporu przewodzenia ciepła, co postępuje aż do momentu, gdy utworzy się graniczna grubość, przy tórej sropiny opadną z ruri i spłyną do naczynia zbiorczego) W czasie pomiaru wyznacza się więc średni przyrost temperatury wody chłodzącej w według wzoru: w = i E i 004 w, i mv K (6) Po wyznaczeniu Q i m oraz uwzgędnieniu, że = 52 m można ze wzoru (3) obiczyć współczynni przeniania ciepła da przegrody cyindrycznej Wieość tę można również obiczyć inaczej Gdyby wyznaczono współczynni wniania ciepła od srapającej się pary do ruri α oraz współczynni wniania ciepła od ruri do wody chłodzącej α 2, to: = =, R, d z z + n Πd α 2Πλ d w + Πd w α 2 (7) gdzie λ oznacza współczynni przewodzenia ciepła materiału ruri Współczynni dotyczy ruri o długości m Wieość tę można przeiczyć na współczynni przeniania ciepła odniesiony do powierzchni m 2 według wzoru: Instrucja aboratoryjna

5 Wyznaczanie współczynnia przeniania ciepła podczas srapania pary wodnej 5 Q & = A m = m Po uwzgędnieniu, że A = Π d otrzymujemy: a stąd: & = Πd m = m, Q = (8) Πd 3 SCHEMAT STANOWISKA BADAWCZEGO 6 5 mv 7 6 dopływ wody chłodzącej t 2d t 2w t w 9 0 woda chłodząca przeew sropiny dopływ wody zasiającej ~ Rys 3 Schemat stanowisa pomiarowego zbiorni, 2 rura srapacza, 3 grzałi eetryczne, 4 zawór reguacyjny wody zasiającej, 5 zawór reguacyjny wody chłodzącej, 6 termopary, 7 miiwotomierz, 8 termometry, 9 naczynie miarowe na wodę chłodzącą, 0 naczynie miarowe na sropiny Do donej części zbiornia doprowadzane jest woda zasiająca Natężenie przepływu reguowane jest zaworem 4 Woda ta podgrzewana jest sześcioma grzałami (3) zasianymi prądem eetrycznym poprzez włączni główny i dwa wyłącznii pomocnicze służące do odłączenia dwóch par grzałe Poziom wody zasiającej wytwornicę pary ustaony jest w uładzie przeewowym nadmiar jest odprowadzany do anaizacji Uzysana para wodna ierowana jest do ondensatora 2, w tórym uega srapaniu Woda chłodząca doprowadzana jest do srapacza przewodem przez zawór reguacyjny 5, a odprowadzana do wysaowanego zbiornia pomiarowego 0 Przyrost temperatury wody chłodzącej srapacz odczytujemy na miiwotomierzu 7, do tórego podłączone są dwie termopary (6) typu NiCr- Ni Uzysane sropiny odprowadzane są ze srapacza przewodem do wysaowanego naczynia pomiarowego 9 Pomiar temperatury sropin oraz wody chłodzącej na wyocie ze stanowisa odbywa się za pomocą termometrów rtęciowych 8 3 Instrucja aboratoryjna

6 Wyznaczanie współczynnia przeniania ciepła podczas srapania pary wodnej 6 4 WIELKOŚCI MIERZONE I WYZNACZANE V sr objętość sropin ρ sr = ρ sr (t sr ) t d = t s (p ot ) r = r(p ot ) t w E w t 2w τ (czas pomiaru w stanie ustaonym) p ot Tabea pomiarowa Lp τ i s 30 t w C E w,i mv 5 PRZEBIEG ĆWICZENIA Po włączeniu przez prowadzącego zasiania eetrycznego i ustaeniu strumienia wody chłodzącej odczeać, aż osiągnie się stan ustaony; W stanie ustaonym prowadzić pomiar w czasie τ = Σ τ i, w tórym sropi się ooło V sr itr wody; Pomierzyć p ot, t 2w, V sr ; Odczytać z tabic ρ sr, t d = t s (p ot ),r; Pomiar powtórzyć samodzienie 6 SPRAWOZDANIE Sprawozdanie powinno zawierać: wstęp teoretyczny, róti opis pomiarów, obiczenia (wcześniej Q, m ) w W/(m K), obiczenia (da d z oraz da d w ) w W/(m 2 K), uwagi ońcowe i wniosi LITERATURA [] Kostowsi E: Przepływ ciepła Wydawnictwo Poitechnii Śąsiej, Giwice 2000 [2] Wiśniewsi S: Wymiana ciepła PWN, Warszawa 979 Instrucja zatuaizowana Instrucja aboratoryjna