INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA
ZAKŁAD SIECI I INSTALACJI SANITARNYCH
Laboratorium z termodynamiki technicznej
Ćwiczenie nr 3
BADANIE NAGRZEWNICY POWIETRZA
INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA
ZAKŁAD SIECI I INSTALACJI SANITARNYCH
Laboratorium z termodynamiki technicznej
Ćwiczenie nr 3
BADANIE NAGRZEWNICY POWIETRZA
2
1.
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest wykonanie bilansu energetycznego nagrzewnicy powietrza.
2.
Zakres wymaganych wiadomości
•
strumień masy i ciepła,
•
energia strumienia,
•
bilanse energetyczne wymienników ciepła.
3.
Przebieg ćwiczenia
Należy zapoznać się ze stanowiskiem pomiarowym, którego schemat przedstawia rys. 1.
Rys.1. Schemat stanowiska pomiarowego
Wydatek przepływającego powietrza obliczamy pośrednio przez pomiar ciśnienia dynamicznego p
d
na
tłoczeniu w osi kanału:
g
h
p
p
p
c
d
t
ot
d
ρ
=
−
=
[1]
gdzie:
ρ
c
– gęstość cieczy manometrycznej
,
3
m
kg
h
d
– wysokość cieczy manometrycznej (wg wskazań mikromanometru z pochyłą rurką) [m].
Zmierzone i obliczone ciśnienie dynamiczne pozwala na obliczenie prędkości maksymalnej w
0
w osi
kanału:
=
s
m
p
w
p
d
ρ
2
0
[2]
gdzie:
ρ
p
– gęstość powietrza
,
3
m
kg
⋅
=
3
*
m
kg
T
R
p
p
a
p
ρ
[3]
gdzie:
p
a
– ciśnienie atmosferyczne [Pa],
R – stała gazowa (R=287 J/kgK),
3
*
p
T
- temperatura powietrza w punkcie pomiaru prędkości [K], na podstawie interpolacji wskazań
termometrów T
p
i T
p1
.
b
a
T
T
b
T
T
p
p
p
p
+
−
+
=
)
(
1
1
*
[4]
gdzie:
a = ¾ l
b = ¼ l
Do obliczenia średniej prędkości przepływającego powietrza
w
w zależności od stopnia turbulencji
(
ν
d
w
m
⋅
=
Re
,
ν
- lepkość kinematyczna powietrza) określamy na podstawie załączonego wykresu na
rys.2, lub dla ewentualnego uproszczenia do obliczeń można przyjąć
0
84
,
0
w
w
⋅
=
[m/s].
Rys.2. Zależność stosunku prędkości średniej do maksymalnej od liczby Reynoldsa
Wydatek objętościowy przepływu powietrza oblicza się ze wzoru:
⋅
=
s
m
F
w
V
3
&
[5]
gdzie:
F – pole przekroju poprzecznego kanału [m
2
]
4
2
d
F
⋅
=
π
d – średnica kanału (d = 0,10 m).
Wydatek masowy przepływu powietrza oblicza się ze wzoru:
⋅
=
s
kg
V
m
p
p
p
&
&
ρ
[6]
Strumień ciepła obliczamy:
)
(
o
p
p
p
T
T
C
m
Q
−
⋅
⋅
=
&
&
[7]
3.5
4.0
4.5
5.0 5.5
6.0
6.5
7.0 7.5 8.0 8.5
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
k
r
t
lg Re
przepływ laminarny
przepływ turbulentny
w
w
m
4
gdzie:
C
p
– ciepło właściwe
kgK
J
- dla powietrza C
p
=1005
kgK
J
,
T
o
– temperatura otoczenia [K].
Dla różnych prędkości przepływu powietrza wykonać pomiary. Wyniki umieścić w tabeli pomiarowej
tab.1.
Tabela 1. Tabela pomiarowa
Temperatura
powietrza
Lp. Wysokość cieczy w
mikromanometrze z
pochyłą rurką
h
p
[mm]
Ciśnienie w
mikromanometrze
z pochyłą rurką
p
d
[N/m
2
]
Wydatek
objętościowy
powietrza
V&
[m
3
/s]
Wydatek
masowy
powietrza
m
&
[m
3
/s]
T
p
T
p
*
T
p1
T
p2
Strumień
energii
powietrza
Q&
[W]