Обработка результатов эксперимента

 

1. При проведении n измерений температур воды и воздуха единичного результата среднее арифметическое величин составит:

 

, , , .

2. Используя показания из таблицы 4.1., расчеты температур, значения теплоемкости воды из справочников [3]; по уравнению (4.2) для каждого опыта вычисляют тепловую мощность теплообменника:

.

3. С помощью геометрических измерений трубок и ребер рассчитывают площадь ребристой поверхности теплообменника.

4. Для каждого опыта определить средние значения температур воды и воздуха по выражениям:

; .

5. По уравнению (4.1) вычислить коэффициент теплопередачи через оребренную стенку:

.

6. Определить массовый расход воздуха из выражения (4.2):

,

где - теплоемкость воздуха берётся из справочников [3], Дж/кг оС.

7. Построить зависимость hср=f(V) и t2=F(V) при различных t1 на основании результатов расчетов (таблица 4.2).

 

Таблица 4.2

Протокол расчетных величин

 

№ опыта   , оС   , оС   , оС   , оС   , Вт   , оС   , оС   , , кг/с  
                 
                 
“                  
“                  
“                  
m                  

Содержание и оформление отчета о работе

 

Отчет должен представляться оформленным в тетради по лабораторным работам и должен содержать:

1.Название лабораторной работы;

2. Формулировку цели работы;

3. Краткий конспект теоретических сведений;

4. Схему установки с указанием основных элементов;

5. Расчет тепловой мощности, коэффициента теплопередачи и расхода охлаждающего воздуха в охладителе при различных режимах его работы.

6. Графики зависимостей hср=f(V) и t2=F(V) при различных t1;

7. Выводы по работе;

8. Список использованной литературы.

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Назовите достоинства и область применения радиаторных градирен.

2. Чем обусловлено создание в радиаторных градирнях развитой поверхности охлаждения?

3. От каких факторов зависит коэффициент теплопередачи в радиаторных градирнях?

4. Дайте определение коэффициента оребрения.

5. Дайте характеристику и основы принципа работы используемых на лабораторном стенде приборов.

6. Какие факторы влияют на точность измерения температуры?

 

Лабораторная работа № 5

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ И ИСПЫТАНИЕ ВЕНТИЛЯТОРНОЙ

ГРАДИРНИ

 

Цель работы: практическое ознакомление с оборудованием вентиляторной градирни, экспериментальное определение коэффициента массоотдачи и коэффициентов эмпирического уравнения.

 

Основные понятия

 

Вентиляторные градирни представляют собой сооружения для охлаждения воды в оборотных системах водоснабжения с принудительной подачей воздуха в оросительное пространство с помощью вентиляторов.

Оросительное устройство вентиляторных градирен по своей конструкции могут быть: пленочным, капельным, брызгательным.

В оросителе каждого из указанных типов градирен вода движется вертикально сверху вниз под действием силы тяжести. Воздух же, нагнетаемый или отсасываемый из оросителя вентиляторами или в результате башенного эффекта может двигаться либо снизу вверх навстречу воде, либо в поперечном направлении по отношению к движению воды. В первом случае градирни называются противоточными, во втором случае – поперечноточными.

При охлаждении воды в градирнях часть тепла передается атмосферному воздуху за счет поверхностного испарения воды (превращение части воды в пар с переносом его посредством диффузии и конвекции воздуха); другая часть – за счет разницы в температурах между водой и воздухом, то есть теплоотдачей соприкосновением (теплопроводность и конвекция). Кроме того, некоторое количество тепла отводится от воды за счет излучения. Однако тепло, передаваемое излучением настолько мало в сравнении с другими видами отдачи тепла, что им можно пренебречь при составлении теплового баланса градирни:

, (5.1)

где: - гидравлическая нагрузка градирни, кг/с;

- теплоемкость охлаждаемой воды, кДж/кг·0С;

- температура воды на входе из градирни, 0С;

- температура воды на выходе из градирни, 0С;

- коэффициент, учитывающий перенос тепла водяным паром от водной поверхности в воздушный поток;

- расход воздуха через градирню, кг/с;

- энтальпия воздуха на выходе из градирни, кДж/кг;

- энтальпия воздуха на входе в градирню, кДж/кг;

- коэффициент, учитывающий перенос тепла водяным паром от водной поверхности в воздушный поток;

- теплота парообразования, кДж/кг.

Количество теплоты, отдаваемое теплоносителем охлаждающему агенту в градирнях, также как и в обычных водообменных аппаратах пропорционально поверхности теплообмена. Под поверхностью теплообмена в градирнях следует понимать общую поверхность всех капель и пленок воды, вступающих в соприкосновение с воздухом. Однако подсчитать эту поверхность практически невозможно. Величина ее при изменении плотности орошения, а также и расхода воздуха, количества капель и их гранулометрического состава резко изменяется. Поэтому приходится пользоваться так называемыми объемными коэффициентами массоотдачи, отнесенными к единице объема оросителя βXU.

При использовании объемных коэффициентов массоотдачи поверхность охлаждения оросителя должна быть заменена на объем оросителя:

(5.2)

- площадь оросителя градирни в плане, м2.

- высота оросителя, м.

Величина коэффициента массоотдачи находится в прямой зависимости от количества воздуха и воды, проходящих через градирню, и от типа и конструкции оросителя градирни. Эта зависимость в общем, виде описывается эмпирической формулой:

, (5.3)

где - плотность орошения, кг/м2·с;

- массовая скорость воздуха, кг/м2·с.

Коэффициент А и показатели n и m входящие в эту формулу являются постоянными для определенной конструкции оросителя и определяются по данным экспериментов на градирнях.

Вычисление коэффициентов массоотдачи по данным опытов производится по формуле:

, (5.4)

где - безразмерный параметр,

величины , и , входящие в формулу, определяются замерами при экспериментах.

Величину среднелогарифмической разности энтальпий на границах оросительного устройства градирни определим по формуле Л.Д.Бермана:

, (4.5)

где ;

здесь - энтальпия насыщенного воздуха (кДж/кг) при температуре:

tср = (t1+t2)/2, ,

- энтальпия насыщенного воздуха при температуре воды на входе в градирню, кДж/кг;

- энтальпия насыщенного воздуха при температуре воды на выходе из градирни, кДж/кг.

 

Методика эксперимента

2.1. Описание лабораторной установки

 

Схема установки показана на рис. 5.1. Установка состоит из оросителя 3; вентилятора 2; змеевика 9; емкости 12; ТЭНа и измерительных приборов. Ороситель по конструкции капельный. Вода подается на ороситель 3 противоточно охлаждающему воздуху, который направляется снизу от вентилятора 2 из нижней части градирни. Охлажденная вода с помощью насоса 4 направляется в змеевик 9, где осуществляется подогрев оборотной воды за счет горячей воды в емкости 12. Обогрев емкости (12) осуществляется электроэнергией от ТЭНа 7. После подогрева вода вновь подается на охлаждение в градирню.

В эксперименте производятся замеры температур охлажденной и подогретой воды ртутными термометрами 5. Расход циркулирующей воды замеряется ротаметром 6. По показаниям анемометра 1 определяется расход воздуха. По психрометру 10 снимают показания температур по сухому и мокрому термометрам окружающей среды. Барометр 11 показывает барометрическое давление.

 

2.2. Экспериментальное изучение работы вентиляторной градирни

 

Изучение работы вентиляторной градирни, экспериментальное определение коэффициента массоотдачи и коэффициентов эмпирического уравнения основано на измерении расходов, температур воды и воздуха в охладителе. Измерения проводятся в стационарном установившемся режиме.

Точность измерения параметров определяется погрешностью средств измерения.

Температура потоков воды и охлаждающего воздуха измеряется ртутными термометрами с диапазоном измерения 0…+50 0С и классом точности 0,25.

Количество воды определяется по показателям ротаметра РС-3, диапазон измерения составляет 0,02 – 0,1 кг/с, погрешность измерений 1,5%.

Расход воздуха определяется с помощью анемометра АП-1, диапазон измерений составляет 0,1- 0,5 м/с и классом точности 0,5.

Параметры окружающего воздуха – барометрическое давление, температура по сухому и мокрому термометрам, определяется соответственно по барометру с классом точности 1,5, психрометром с классом точности 2.

При проведении экспериментов каждый единичный опыт следует повторить достаточное число раз, чтобы случайные ошибки результата были незначительными по сравнению с систематическими.

 

Рис. 5.1 Схема лабораторной установки

 

 

Требования охраны труда

1. К выполнению работы допускаются студенты, прослушавшие инструктаж по технике безопасности и правила проведения работ в лаборатории “Технологические энергоносители промышленных предприятий”, ознакомившиеся с правилами безопасности и методикой проведения эксперимента.

2. Работа проводится только под контролем преподавателя или лаборанта.

3. Перед включением стенда необходимо убедиться в надежности изоляции всех его токоведущих элементов, исправности коммутирующих и измерительных приборов, наличия заземления.

4. Во время проведения опыта нельзя касаться металлических частей установки.

5. Не разрешается оставлять включенную установку без присмотра. Студентам запрещается производить любые действия, не предусмотренные методикой выполнения работы.

Порядок выполнения работы

 

1. После изучения руководства и установки включают вентилятор 2. Устанавливают заданный преподавателем расход воздуха.

2. Включают насос 4 и, регулируя вентилем 8, подают в градирню определенный расход воды.

3. В последующих трех опытах меняют расход воздуха. Для каждого из трех значений расхода воздуха проводят эксперименты при различных расходах охлаждаемой воды.

4. В каждом опыте замеряют расход воды, температуру воды и воздуха на входе и после градирни при установившемся режиме. Значения измеряемых величин вносят в табл. 5.1.

 

Таблица 5.1

Протокол записи показаний приборов

 

№ опыта Воздух Вода
GB, кг/с , ОС , ОС Окруж. среда GB, кг/с t1, ОС t2, ОС
, оС , ОС
               
               
“                
“                
‘                
M                

 

 

Таблица 5.2

Протокол расчетных величин

 

№ опыта k Φ2 i2, KU βXU qЖ qВ Ln βXU ln qЖ ln qВ
                     
                     
“                      
“                      
“                      
M