Материал: 1693
С |
|
и |
|
|
Рис.1. Схема экспериментальной установки |
По системе соединительных трубопроводов поток воздуха по- |
|
ступает во входное сечение I−I исследуемого участка горизонтальной |
|
трубы 5. |
бА |
|
|
К потоку воздуха, проходящему через компрессор, на участке от |
|
сечения 0−0 до сечения I−I подводится работа сжатия и тепло за счет |
|
Д охлаждения электродвигателя компрессора, поэтомуИего температура
повышается и измеряется погружной термопарой 6 в комплекте с по-
тенциометром. С помощью U-образных манометров, расположенных на панели 4 «Статические напоры», измеряются разрежение в «горле» воздухомера и давление в сечении на выходе из компрессора – на входе в горизонтальную трубу. Горизонтальный участок трубы нагре-
вается за счет электрического тока, подводимого через трансформа-
тор 9.
Температура на выходе из трубы в сечении II−II измеряется по-
41
гружной термопарой 7 в комплекте с потенциометром. Мощность те-
плового потока, затраченная на нагрев трубы, находится по показани-
ям амперметра и вольтметра, расположенных на панели 10 «Нагрев трубы». Температура трубы измеряется контактной термопарой 12 в
|
комплекте с потенциометром. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
СибАДИ |
|||||||||||||
|
|
При достижении стационарного режима показания всех необхо- |
|||||||||||
|
димых пр боров заносятся в протокол наблюдений (табл. |
1). О ста- |
|||||||||||
|
ционарности реж ма можно судить по показанию прибора для изме- |
||||||||||||
|
рения температуры трубы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
||||
|
|
|
Протокол испытаний |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
№ |
|
|
|
Обозна- |
Единицы |
Номера опытов |
|
|||||
|
п/п |
Измеряемая вел ч на |
|
чение |
измерен. |
1 |
|
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
|
1 |
Удлинение тру ы |
|
l |
мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
Температура воздуха при входе в |
t1 |
°С |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
трубу (сечение I - I) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
3 |
Температура воздуха при выходе |
t2 |
°С |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
из трубы (сечение II - II) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
Температура трубы |
|
tx |
°С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
Показания |
вакуумметра |
(горло |
H |
мм вод.ст. |
|
|
|
|
|
|
|
|
воздухомера) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
Показания |
пьезометра |
(после |
Hн |
мм вод.ст. |
|
|
|
|
|
|
|
|
компрессора) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
Напряжение |
сила тока, потреб- |
Uн |
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ляемого на нагрев трубы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Iн |
а |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
9 |
Показания барометра |
|
B |
мбар |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
10 |
Температура окружающей среды |
tокр |
°С |
|
|
|
|
|
|
|
||
3.Расчетные формулы и вычисления
1.Атмосферное давление находится с учетом температурного расширения столбика ртути барометра по формуле
42
|
Ратм |
В·102 |
, Па, |
(8) |
|
1 1,815·10 4·tокр |
|||
где В – показание барометра, мбар; tокр – температура окружающей среды, |
||||
равная температуре воздуха при входе в воздухомер, °С. |
|
|||
С |
|
|
|
|
2. Перепад давления воздуха в воздухомере: |
|
|||
|
P ·gH , Па, |
|
(9) |
|
где ρ – плотность воды в U-образном вакуумметре, равная 1 000 кг/м3; g–ускорен е свободного падения, равное 9,81 м/сек2; H – показание ваку-
умметра (горло воздухомера), переведенное в м вод.ст. |
|
||||||||||||
и |
|
|
в |
|
|
|
|
|
|
|
|||
3. |
Плотность воздуха по состоянию в «горле» воздухомера |
|
|||||||||||
|
в |
|
(Ратм Р) |
|
|
|
3 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
, кг/м |
|
, |
(10) |
|||
6. |
|
R·(tокр 273) |
|
|
|
|
|||||||
АбсолютноеПлотность воздуха по состоянию на входе в горизонтальную трубу |
|||||||||||||
где R – удельная газовая постоянная воздуха, равная 287 Дж/кг·°К. |
|
||||||||||||
4. |
Расход воздуха |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G 0,525·10 3· |
· Р |
, кг/сек. |
(11) |
|||||||||
5. |
давление в сечении I-I: |
|
|
|
|
||||||||
|
Р1 Ратм g Hн, Па, |
(12) |
|||||||||||
гдеHн ̶ показаниепьезометра (послекомпрессора),переведенноевм вод.ст. |
|||||||||||||
|
1 R·(t |
|
Р1 |
|
3 |
|
|
|
|
||||
|
|
273) |
, кг/м |
, |
|
(13) |
|||||||
|
|
|
|
Д |
|
||||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где t1 – температура воздуха при входе в трубу (сечение I-I), °С. |
|
||||||||||||
7. |
Плотность воздухаАпо состоянию на выходе из горизонтальной |
||||||||||||
трубы |
|
|
|
Ратм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
, кг/м |
|
, |
|
(14) |
||||
|
|
R·(t2 |
273) |
|
|
||||||||
где t2 – температура воздуха на выходе из трубы (сечение II-II), °С. |
|
||||||||||||
8. |
Значение энтальпии воздуха в сечениях I и II определяется по об- |
||||||||||||
щему уравнению |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
hj |
|
cp |
t j , кДж/кг, |
|
|
|
(15) |
|||||
где cр–теплоемкость воздуха при постоянном давлении, которая может |
|||||||||||||
быть принята не зависящей от температуры и равнойИ1,006 кДж/(кг·°С); |
|||||||||||||
tj–температура в рассматриваемом сечении, °С; j – индекс рассматриваемо- |
|||||||||||||
го сечения (I или II). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9. |
Средняя скорость потока в сечениях I-I и II-II определяется по об- |
||||||||||||
щему уравнению
43
Wj |
|
G |
, м/сек, |
(16) |
|
||||
|
|
( j F) |
|
|
где F – площадь проходного сечения для потока воздуха, одинаковая для |
||||
сечений I-I и II-II и равная 1,35·10-3, м2; ρj–плотность воздуха в рассматри- |
||
ваемом сечении, кг/м3; j − индекс рассматриваемого сечения (I-I или II-II). |
||
С |
|
|
10. Мощность теплового потока, переданного вынужденной конвек- |
||
цией, от внутренней поверхности трубы находится с учетом (4) по форму- |
||
ле |
Q1 G·( h Экин), Вт, |
(17) |
гдеконвекциейIн – с ла тока, потре ляемая на нагрев трубы, а; Uн – напряжение, по- |
||
11. Тогда с учетом формулы (3) мощность теплового потока, пере- |
||
данного естественной |
от наружной поверхности трубы: |
|
|
Q2 Qэ Q1, Вт. |
(18) |
12. Мощность теплового потока, выделенная на участке от сечения I- |
||
бА |
|
|
I до сечен я II-II наход |
тся по показаниям вольтметра и амперметра: |
|
|
Qэ Uн Iн, Вт, |
(19) |
даваемое на нагрев тру ы, в.
Опытные значен я коэффициентов теплоотдачи получаем по формулам (1а) и (2а), в которых Fвн – внутренняя поверхность трубы, равная 0,352, м2; Fнар – наружная поверхность трубы, равная 0,386, м2; средний температурный напор при вынужденной конвекции t1=tx – 0,5·(t1 + t2), °C;
средний температурный напор при естественной конвекции |
t2=tx – tокр, °C. |
||||
13. Расчетные значения коэффициента теплообмена для вынужден- |
|||||
ной конвекции находим с учетом (7) или (8) по формуле |
|
||||
|
|
1п,d |
|
1п,d· , Вт/м2·град. |
(20) |
|
Nu |
||||
|
|
|
|
dвн |
|
При вычислении критериев подобияДи коэффициента теплоотдачи по формуле все теплофизические свойства воздуха находятся по определяющей температуре − средней температуре потока в трубе равной tп=0,5·(t1+t2); определяющим размером в формулах является внутренний диаметр трубы dвн = 0,041 5, м.
14. Расчетные значения коэффициента теплообмена для свободной
конвекции находим по формуле |
2 И |
||||||
|
|
|
|
2п,d |
|||
2расч |
|
Nu |
|||||
|
|
|
, Вт/м ·град. |
(21) |
|||
dнар |
|||||||
|
|
|
|
||||
При вычислении критериев подобия по уравнению и коэффициента теплоотдачи по формуле все теплофизические свойства воздуха находятся по определяющей температуре − средней температуре потока, окружающего трубу, равной tп = 0,5·(tх + tокр); определяющим размером в формулах
44
является наружный диаметр трубы dнар = 0,045 5, м.
15. Пояснения к расчетам некоторых величин при заполнении таблицы результатов расчета:
|
|
|
|
) 103 |
|
|
|
W2 |
W 2 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
h 1,006 (t t |
2 |
, Дж/кг; Э |
|
|
2 |
1 |
, Дж/кг. |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
1 |
|
|
кин |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16. Интерполяционные формулы для расчета теплофизических |
||||||||||||||||
СибАДИ3 |
||||||||||||||||||
|
свойств сухого воздуха в зависимости от температуры: |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
– теплопроводность |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
λt = 0,000 074·tп + 0,024 5, Вт/м·° ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
– к немат ческая вязкость |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
νt = (0,000 089·tп2 + 0,088·tп + 13.,886)·10-6, |
м2/c; |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
– кр тер й Прандтля Pr |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Pr = 0,000 000 51·tп2 ̶ 0,000 249 3·п +t 0,708 6. |
|
|
|
в форме |
||||||||||||
|
|
Результаты расчетов должны быть продублированы |
||||||||||||||||
|
сводной табл. 2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
||||
|
|
|
|
Результаты расчетов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
№ |
Измеряемая величина |
|
Обозна- |
|
Единицы |
|
Номера опытов |
|
|||||||||
|
п/п |
|
чение |
|
|
измерен. |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
1 |
Атмосферное давление |
|
Ратм |
|
|
|
Па |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
2 |
Перепад давления |
воздуха в |
Р |
|
|
|
Па |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
воздухомере |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
3 |
Плотность воздуха по состоя- |
ρв |
|
|
|
кг/м3 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
нию в горле воздухомера |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
Расход воздуха |
|
|
|
G |
|
|
|
кг/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
5 |
Плотность воздуха |
в сечении |
ρ1 |
|
|
|
кг/м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
I - I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
6 |
Средняя скорость потока возду- |
W1 |
|
|
|
м/с |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
ха в сечении I - I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
7 |
Плотность воздуха при выходе |
ρ2 |
|
|
|
кг/м |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
из трубы (сечение II) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
8 |
Средняя скорость потока |
при |
W2 |
|
|
|
м/с |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
выходе из трубы (сечение II) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Теплота, вносимая |
электриче- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
9 |
ским током в систему (нагрев |
Q3 |
|
|
|
Вт |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
трубы) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
45