POLITECHNIKA ŁÓDZKA
WYDZIAŁ INŻYNIERII PROCESOWEJ I OCHRONY ŚRODOWISKA
Laboratorium z Środowiskowej Inżynierii Procesowej
Ćwiczenie nr 10
Temat: Wnikanie ciepła od ścianki do powietrza.
Imię i nazwisko:
Marcin Piotrowski
Grzegorz Nerga
Grzegorz Zabawa
Grupa 4, Środa 15:15-18:00
Wydział, kierunek: Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska,
Inżynieria Środowiska
Wprowadzenie:
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie wartości współczynników wnikania ciepła dla konwekcji swobodnej w przestrzeni nieograniczonej i konwekcji wymuszonej. Określa się także wpływ promieniowania cieplnego na wartość współczynnika wnikania ciepła dla konwekcji swobodnej oraz porównuje wartości wyznaczonych doświadczalnie i obliczonych teoretycznie współczynników wnikania ciepła dla konwekcji swobodnej.
Aparatura wytwarza kondensat w wytwornicy pary, który izolowanym przewodem jest transportowany do wymiennika ciepła, z drugiej strony za pomocą wentylatora wyposażonego w regulator obrotów jest dostarczane powietrze. W wymienniku powietrze jest ogrzewane, a para schładzana. Za pomocą pierścieniowej przegrody umieszczonej na dnie wymiennika w przestrzeni między rurowej oddziela się kondensaty powstałe na rurze centralnej i płaszczu wymiennika .
Przeprowadzenie doświadczenia polega na odczytaniu temperatur na wlocie i wylocie wymiennika, temperatury otoczenia i temperatur izolacji . Sprawdzeniu prędkości przepływu powietrza przez instalację za pomocą anemometru oraz zmierzeniu w jakim czasie będą napełniały się chłodnice kondensatu. Otrzymane pomiary pozwoliły nam wyznaczyć współczynniki wnikania ciepła dla konwekcji.
Ciąg obliczeniowy:
Obliczenie współczynnika wnikania ciepła:
$$\alpha_{1} = \frac{q}{A*\text{ΔT}_{e}} = \frac{552.25}{316.42*0.0024} = 734.99\lbrack\frac{W}{m^{2}K}\rbrack$$
Obliczenie strumienia ciepła:
$$q = \frac{V_{k}}{\tau}*\rho_{k}*r = \frac{0,00004}{162}*2259200*990 = 552,25\ \lbrack W\rbrack$$
Obliczanie liczb Reynoldsa, Nusselta:
$$Re = \frac{\rho*d*u}{\eta} = \frac{1,11*0,055*7,37}{0.0000194} = 23192,7$$
$$Nu = \frac{\alpha*d}{\lambda} = \frac{734,99*0,055}{0,027} = 1497,2$$
Obliczenie temperatury ΔTe:
$${\Delta T}_{e} = \frac{\text{ΔT}_{1} - \text{ΔT}_{2}}{\ln\frac{\text{ΔT}_{1}}{\Delta T_{2}}} = \frac{335,9 - 297,7}{\ln\frac{335.9}{297.7}} = 316,42$$
Obliczanie promieniowania:
$$q_{1 - 2} = \varepsilon_{1}C_{0}A_{1}*\left\lbrack \left( \frac{T_{1}}{100} \right)^{4} - \left( \frac{T_{2}}{100} \right)^{4} \right\rbrack = 0.04*5.76*0.9891*\left\lbrack \left( \frac{323,35}{100} \right)^{4} - \left( \frac{298,35}{100} \right)^{4} \right\rbrack = 6,86\lbrack W\rbrack$$
Tabele i wykres:
| Parametry fizykochemiczne przy konwekcji wymuszonej i swobodnej |
|---|
| gęstość kondensatu [kg/m3] |
| 990 |
| Parametry aparatury |
|---|
| Średnica zewnętrza rury wewnętrznej [m] |
| 0,055 |
| Nu/ε=K*ReB*Pr0,4 Nu/(ε*Pr0,4)=K*ReB |
Można to zestawić z równaniem Y=aXb Po przeloagarytmowaniu i odpowidnim przekształceniu otrzymamy równianie lnY=lna+blnX co wprost przekłada się na twierdzenie, że K=ea,a B=b |
|---|---|
| B | 0,757 |
| K | 0,77 |
Wnioski:
Z przeprowadzonego doświadczenia wynika, że wpływ promieniowania na wartość współczynnika wnikania przy konwekcji swobodnej ciepła jest niewielki. Wartości współczynnika wnikania ciepła w konwekcji wymuszonej jak i swobodnej potwierdzają prawidłowość wykonywanego ćwiczenia a wartości K i B określają charakter przepływu jako burzliwy.