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]