Реферати українською » Физика » Тепловіддача циліндра в закрученому потоці


Реферат Тепловіддача циліндра в закрученому потоці

Страница 1 из 2 | Следующая страница

>КУРСОВАЯ РОБОТА

"Дослідження тепловіддачі циліндра взакрученном потоці"


Запровадження

Однією з перспективних і найефективніших шляхів розв'язання проблеми інтенсифікації процесівтепломассобмена в теплоенергетичних ітеплоиспользующих установках і пристроях є застосування закручених високотурбулентних потоків рідин і газів.Вращающиеся течії вже широко використовуються з організацією спалювання палива на вихрових пальниках,циклонних топках і камерах згоряння, проведенні процесів нагріву і термообробки вциклонно-вихревих нагрівальних пристроях, сушіння матеріаліврециркуляционних сушарках тощо.

Вивчення гідродинаміці і теплообміну вциклонно-вихрерих камерах є важливу практичну завдання, оскільки дозволяє їм отримати необхідні дані їхнього розрахунку проектування. Цікава у плані завдання дослідження тепловіддачі круглого циліндра,соосного з аеродинамічній віссюстабилизированногоциклонного потоку, з погляду вивчення особливостей теплообміну на полі відцентрових сил, і навіть розробки рекомендації із розрахункуконвективноготеплообмене в вихровихМГД (>магнитогидродинамических) генераторах,циклонних печах, при вихровому охолодженні елементів електричних машин, напівпровідниковихвипрямителей тощо.

Мета роботи – прищепити студентам певних навичок виконання самостійних наукових досліджень областіконвективного теплообміну. Безпосередньо виконання роботи передує вивчення спеціальної наукової і рекомендованої навчальної літератури, методики проведення дослідів і методи обробки результатів дослідження.

Діяльність здійснюється експериментальне вивчення тепловіддачіконвекцией від вертикального циліндра дозакрученному потокові повітря вциклонной камері, обробка і аналіз результатів спостережень, складання рівняння подоби до розрахункуконвективного теплообміну, розрахунок статистичних показників, характеризуючих відхилення досвідчених точок від рекомендованої розрахункової залежності, оцінка рівень достовірності результатів і похибок вимірювань.

У заключній стадії роботи складається пояснювальну записку із внесенням до неї всіх досвідчених і розрахункових матеріалів і оформленням графічної частини.

 


1. Теоретичне обгрунтування

Складна аеродинамічна структура потоку вциклонних камерах значною мірою обмежує можливості використання математичних методів виконання завданняконвективного теплообміну, тому основним напрямом у вивченні тепловіддачіконвекцией є експеримент.

Особливість аналізованої завданняконвективного теплообміну взакрученномциклонном потоці у тому, що, рухаючись середовища виникають інерційні масові (доцентрові) сили, що практично повністю визначають умови тепловіддачі.

Аналіз системи диференційних рівнянь руху, і теплообміну стосовно аналізованої завданню, і навіть використання рекомендацій роботиВ.К. Щукіна показують, що особливості тепловіддачі циліндра взакрученном потоці визначаються переважно масовими (доцентровими) силами, а завдання визначення коефіцієнтів тепловіддачі фактично зводиться до встановлення залежності

, (1)

де - числоНуссельта ( – коефіцієнт тепловіддачіконвекцией від циліндра дозакрученному потоку; – зовнішній діаметр циліндра; – коефіцієнт теплопровідності середовища); – критерій, визначальний рух рідини і тепловіддачу взакрученном потоці (j>m – максимальне значенняцентростремительного прискорення j у системі; l>m – характерний лінійний розмір, визначальний становище j>m щодо поверхні тепловіддачі; T – різницю температурах точках потоку, де інерційний прискорення сягає максимального і мінімального значень;, – коефіцієнти об'ємного розширення йкинематической в'язкості середовища; – критерійПрандтля, – коефіцієнттемпературопроводности).

У завданню мінімальне прискорення має місце лежить на поверхні тепловіддачі (циліндра) і одно нулю. Фізичні константи в рівнянні (1) визначаються по середньої температурі потоку, практично рівної температурі Є точці потоку, деj=j>m.

При порівняно невеликих температурнихнапорах Т (за умов, близьких доизотермическим) множене (>1+Т) не надто різниться від одиниці, а при невеликих змінах Т, навіть як і відрізняється від одиниці, то змінюється порівняно мало. Тому зміна критерію Р повністю визначається безрозмірним комплексом

. (2)

У навчальної роботі дослідження тепловіддачі виконується в повітряному потоці у вузькому інтервалі його температури і тільки за однієї напрямі теплового потоку, тому з шуканого рівняння подоби (1) можна виключити критерійПрандтля і температурний чинник.

Умова подоби процесівконвективного теплообміну на полі центробіжних наснаги в реалізаціїизотермической інеизотермической системах передбачає існування рівності

.

Тому, щоб критерій P.S внеизотермических умовах відбивав вплив центробіжних сил на явище з урахуваннямнеизотермичности потоку, він має визначатися загалом за такою формулою:

. (3)

Знак плюс (+) відповідає нагріванню середовища; знак мінус (–) – охолодження.

Отже, для описи процесуконвективного теплообміну в аналізованої завданню можна використовувати рівняння

. (4)

Аналіз критерію P.S з допомогою результатів досліджень аеродинамікициклонних камер і створеної з їхньої основі методики аеродинамічного розрахунку дозволив встановити, що може бути замінили числоРейнольдсаRe>m, розраховане по максимальної обертальної швидкістю робочому обсязіциклонной камери w>m. Ця зв'язок визначається рівнянням

 (5)

Тут ,

де>m – коефіцієнткинематической в'язкості середовища у точці, де обертальна швидкість дорівнює максимальної;D=D(я, У) – безрозмірний комплекс, залежить від аеродинамічних характеристик потоку; – безрозмірний радіусосесимметричного ядра потоку (>rЯ – радіус ядра потоку;rЦ – радіус циліндра;r>>m – радіус, визначальний становище w>m); – безрозмірний параметр.

>ВеличиниЯ, У залежить від основних геометричних параметрівциклонной камери, й можна розрахувати, або визначено по експериментально знайденому профілю обертальної швидкістю обсязі камери. Значення D залежно відЯ, У наведені у табл. 1 [1].

Заміна P.S наRe>>m дає певні переваги у фортепіанній обробці досвідчених даних, і використанні отриманих рівнянь подоби, позаяк у числоРейнольдса входить величина w>>m, обумовлена за методикою аеродинамічного розрахункуциклонних камер. Максимальна обертальна швидкістьциклонного потоку для аналізованої завдання є фактично швидкістюнабегающего потоку, що зазвичай приймається як характерною в зовнішніх завданняхконвективного теплообміну.

Отже, виконаний аналіз показав, що обробка досвідчених даних ізтеплоотдаче циліндра взакрученном потоці може здійснюватися як кореляційної залежності

, (6)

де A,m, n – постійні коефіцієнти, зумовлені з досвіду.

Зауважимо, що обсяг коригувального коефіцієнта, враховує впливнеизотермичности при прийнятому методі опрацювання дослідних даних, дорівнює

, (7)

У разі дослідів величинаk> зберігається приблизно постійної і рівної 0,885 (вплив коефіцієнта на розрахункові рівняння невелике і зменшується зі зниженням показника n).

Нерідко цікавить залучити до рівнянні (6) не сам комплекс D, а які замінять його прості характеристики, зумовлені методикою аеродинамічного розрахункуциклонних камер. Зокрема хороші результати дає використання коефіцієнтакрутки в ядрі потокуЯ:

,

де W>Я – лінійна обертальна швидкість на радіусіrЯ який визначає кордон ядра потоку.

2. Опис експериментальної встановлення і методики вимірів

Дослідницька частину роботи виконується на спеціальному експериментальному стенді.Циклонно-вихревая камера (рис. I) єгладкостенную вертикальну металеву модель внутрішнім діаметром DДо =>2RДо= 310 мм.

Введення повітря на камеру здійснюєтьсятангенциально розташованими до поверхні її робочого обсягу вхідними каналами (>шлицами) 6 із двох діаметрально протилежних сторін.Ширина прямокутнихшлицев (сопла) l>ВХ та його висота h>ВХ можуть варіюватися спеціальними вкладками. У цьому відповідно змінюється від і сумарна площа входу потоку , де – число вхідних каналів. Відведення газу з моделі здійснюється через плаский торець з круглимосесимметричним вихідним отвором, безрозмірний діаметр якого не може змінюватися в тому діапазоні від 0,2 до 0,6.

>Схематический креслення циліндра –калориметра наведено на рис. 3. Довжинакалориметра – 400 мм, товщина стінки робочого ділянки – 2 мм.Наружний діаметрцилиндра-калориметра під час проведення дослідів може змінюватися від 45 до 140 мм. Верхній торець робочого ділянкикалориметратеплоизолировантекстолитовим диском, нижній – охоронним ділянкою.

Принципова схема теплових вимірів приведено на рис. 4.

Як очевидно з рис. 4,греющий пар зелектрокотла через електричні основний рахунок і виносноїперегреватели по підвідної трубці вступає у робочий ділянкукалориметра. Щоб не допустити можливості влучення в калориметр рідкої фази на вході пара у ділянку підтримується і безупинно контролюєтьсяпротарированной мідь –константановой термопарою невеличкий перегрів ()°З. ВідлікЭДС термопари виробляється переноснимпотенциометром типуПП-63. Задля більшої стоку конденсату нижня частина парового просторукалориметра має невеликуконусность (рис. 3). Відведення зайвого пара іпаровоздушной суміші ввозяться охоронний ділянкукалориметра, а звідти через шанобливий штуцер в дренажну систему.

У цьому виключаються втрати тепла тільки від нижнього торця робочого ділянки, а й у лінії відводу конденсату. Збір конденсату з робочого ділянки виробляється через гідравлічний затвор, який би створення певного (400600 мм. вод. ст.) тиску у робочому ділянцікалориметра. Підтримка необхідних величин надлишкового тиску і перегріву в стаціонарному режимі здійснюється регулювальним краником, а за зміни навантаження камери (>Re>ВХ) ще й з допомогою регулюванняреостатами електричної потужності нагрівальних елементів казана і виносногопароперегревателя.

3. Порядок проведення дослідів

 

Пуск експериментальної установки виробляється шляхом включення до мережуелектрокотла, попередньонапитанного водою. Рівень води вводомерном склі може бути не нижчу за середню позначки.Продувочние краники дренажних магістралейпароперегревателя, паропроводу ікалориметра встановлюються на відкрите становище.Последовательним включенням нагрівальних елементів казана встановлюється електрична потужність, близька до максимально (сила струму за показниками амперметра має становити близько30А). Поруч із казаном включається і основнийпароперегреватель на 50% його потужності. Процес розігріву ведеться у цьому режимі до надлишкового тиску велектрокотле порядку (0,2…0,3)кгс/см ((19,6…29,4)кПа). Після цього виробляється включення стенда по повітряної боці. І тому необхідно закрити заслінку на.воздухопроводе встановлення і здійснити запусквоздуходувки зелектрощита управління. Зміна частоти обертання, отже, і продуктивності здійснюється вручнуреостатами східчастої і плавною регулювання. Максимальна навантаження вентилятора встановлюється в такий спосіб, щоб показання амперметра на щиті управління не перевищували 45–50 А. Повний натиск, створюванийвоздуходувкой, у своїй становитиме (420…480) мм вод. ст. ((4,12…4,71)кПа). Далі за вказівкою викладача встановлюється відповідний режим роботи, визначається витратою повітря через установку.Регулировка витрати можна здійснити як заслінкою, і зміною частоти обертання приводу вентилятора. Перш ніж розпочати виробництво вимірів, необхідно вивести установку на стаціонарний гідродинамічний й теплової режими. І тому зазвичай потрібно менш 40–60 хв. Саме тоді необхідно старанно продути парове простір установки, після чого закрити краники напароперегревателе і паропроводі. З допомогоюреостатов плавної регулювання потужності іпродувочного краникакалориметра встановити необхідне надлишкове тиск у ньому шляхом суміщення нижнього рівня рідинигидрозатвора з позначкою на оглядовому склі, включеному в магістраль збору конденсату. Після цього розпочати регулювання перегріву парареостатами виносного, і якщо необхідно, і основногопароперегревателей, ведучи контроль за показникамипотенциометра і порівнюючи його зградуировочной характеристикою термопари. Переконавшись у досягненні стаціонарного режими з паровий і повітряної сторонам, розпочинають проведенню експерименту.

На початку та кінці кожного досвіду виробляється запис показань наступних приладів: термометрів в повітряних колекторах перед вимірювальним ділянкою трубопроводуt іциклонной камероюt>вх, термометра,измеряющего температуру довкілляtос,микроманометра,измеряющего перепад тиску всужающем устрої (нормальної діафрагмі) Р, диференційних водяних манометрів,измеряющих надлишкові статичні тиску в контрольних перетинах передсужающим пристроєм Р>сд, у вхідних каналах Р>с.вх і бічний поверхніциклонной камери Р>с.ст,барометра-анероида У.

>Конденсат з робочого ділянки збирається через гідравлічний затвор у спеціальний ємність, після що його зважують на аналітичних терезах. Час досвіду фіксують секундоміром і заносять до наукового журналу спостережень. Задля більшої необхідної точності вимірів теплових потоків тривалість окремого досвіду вибирають з отримання маси конденсату р.

При перекладі установки нового режим знову виробляють їїгидродинамическую і теплову стабілізацію, встановлюють необхідне тиск пара в казані та її перегрів, після чого розпочинають виробництву вимірів.

Для вивчення гідродинамічної обстановки у робочому обсязі камери виробляється також вимір швидкостей і тисків щодо одного чи навіть кількох радіальних перетинах. Для теплової завдання основний інтерес представляє величина максимальної обертальної швидкості w>>m,достигаемой на радіусіr>>m. А тому усунення полів швидкостей і тисків виробляють однією режимі (зазвичай максимальному), встановлюючи величинуr>>m, але в інших режимах виміри здійснюють тільки даному радіусі.

Під час проведення аеродинамічних вимірівтрехканальним циліндричним зондом необхідно дотримуватись наступній послідовності:

1) увернути ніжкукоординатника зонда вбобишку вимірювального перерізу;

2) встановити зонд в горизонтальне становище за рівнем;

3) поворотом лімбакоординатника щодоуказательной стрілки в відповідну бік встановити величину кутовий поправки до показанням зонда за даними його аеродинамічнійтарировки;

4) обертанням зонда встановити прийомні отвори проти потоку і продути стиснутим повітрям (з допомогою ручного насоса) імпульсні трубки;

5) обертанням ходовий гайкикоординатника встановити прийомні отвори зонда в початкове положення (щодо стінки камери), після чого підключити зонд відповідно до схемою аеродинамічних вимірів (див. рис. 2) і взятися до виробництву вимірів.

При зняття полів швидкостей і тисків виробляється відлік і запис наступних величин: радіального відстані y = RK –r (>r – радіус точки виміру) від стінки робочого обсягу камери до точки виміру (по рейцікоординатника); кутаскоса потоку (кута між напрямом вектора повній швидкості потоку і напрямом горизонталі),отсчитиваемого по лімбукоординатника; повного надлишкового тиску потоку A2 перепаду тиску між центральним і бічним отворами A1 пропорційного швидкісному натиску у точці виміру.

 

4. Обробка результатів спостережень

 

Визначення витрати повітря через установку

Модуль звужено отвори


.

Щільність повітря передсужающим пристроєм

 >кг/м3,

де g – прискорення сили тяжкості, g = 9,80665 м/с2.

>Поправочний множник розширення вимірюваною середовища для нормальних діафрагм:

,

деk – показникадиабати вимірюваною середовища (для повітряk = 1,4).

Розмір перепаду тиску:

 мм вод. ст.

деж – щільність робочої рідинимикроманометра (спирту) при 20 °З,г/см3; 0,8095 – щільність еталонного спирту при 20 °З,г/см3; 0,0011 – коефіцієнт об'ємного розширення спирту,1/°С;tж – температура робочої рідини,принимаемая рівноїtОС;kізм – множник, рівний синусу кута нахилу вимірювальної трубкимикроманометра; М>пок – показання приладу,отсчитиваемое по вимірювальної шкалою, мм.

Теоретичний витрата повітря через експериментальну установку:

 м3/з,

деі – вихідний коефіцієнт витрати;k2 – поправочний множник на шорсткість вимірювального трубопроводу;k3 – поправочний множник нанеостроту вхідний крайки діафрагми.

Значенняі залежить від типу звужено пристрої і модуляm:

при

.

Твірпоправочних множниківk2,3 =k2k3 знаходять з таблиці 2 [1] по значеннямm, DТР.

Коефіцієнткинематической в'язкості повітря розраховують, використовуючи відому формулуМилликена

 м2/з.

КількістьРейнольдса, віднесене до діаметру вимірювального трубопроводу:


Справжній витрата повітря:

 м3/з,

деk1 – поправочний множник на числоРейнольдса, визначається пономограмме, представленої на рис. 5 [1].

Для основний діафрагми, використовуваної на стенді (>m= 0,259),k1 можна розрахувати також із наближеномуаппроксимационному рівнянню

Щільність повітря у вхідних каналахциклонной камери

 >кг/м3.

>Среднерасходная швидкість повітря нашлицах

 м/с.

>Безразмерное надлишкове статична тиск газу на бічний поверхніциклонной камери


>Безразмерное (віднесене до динамічному тиску на вході) статична тиск у вхідних каналах

>Гидравлическая характеристикациклонной камери – сумарний коефіцієнт опору входу:

де РП – перепад повного тиску вциклоне, мм вод. ст.;

Р>ДИН – динамічний тиск у вхідних каналах, мм вод. ст.

Коефіцієнткинематической в'язкості повітря при вхідних умовах

>Входное числоРейнольдса обчислюється за такою формулою

Розрахунок розподілів швидкостей і тисків обсягомциклонной камери (за даними вимірівпневмометрическим циліндричним зондом)

Надлишкове статична тиск потоку у довільній точці


 мм вод. ст.,

де А1, А2 – показанняпневмометрического насадка, мм вод. ст.;

>kЦ,k>Ц-Б – поправочні коефіцієнти, зумовленітарировкой насадка.

Щільність повітря на довільній точці потоку

 >кг/м3.

Повна швидкість

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація