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 pd na tłoczeniu w osi kanału:
p = p − p = h ρ g d
ot
t
d
c
[1]
gdzie:
kg
ρc – gęstość cieczy manometrycznej
,
3
m
hd – wysokość cieczy manometrycznej (wg wskazań mikromanometru z pochyłą rurką) [m].
Zmierzone i obliczone ciśnienie dynamiczne pozwala na obliczenie prędkości maksymalnej w0 w osi kanału:
2 p
m
w 0 =
d
ρ
s
[2]
p
gdzie:
kg
ρp – gęstość powietrza
,
3
m
p
kg
ρ =
a
p
*
3
R ⋅ T
m
[3]
p
gdzie:
pa – ciśnienie atmosferyczne [Pa], R – stała gazowa (R=287 J/kgK),
3
*
Tp - temperatura powietrza w punkcie pomiaru prędkości [K], na podstawie interpolacji wskazań termometrów Tp i Tp1.
b T
(
− T
T * =
)
T
p
p
1 +
1
p
p
[4]
a + b
gdzie:
a = ¾ l
b = ¼ l
Do obliczenia średniej prędkości przepływającego powietrza w w zależności od stopnia turbulencji w ⋅ d
m
ν
( Re =
ν , - lepkość kinematyczna powietrza) określamy na podstawie załączonego wykresu na rys.2, lub dla ewentualnego uproszczenia do obliczeń można przyjąć w =
8
,
0 4 ⋅ w 0 [m/s].
1.0
w
w m
0.9
0.8
0.7
t
r
k
przepływ turbulentny
0.6
0.5
3.5
4.0
4.5
5.0 5.5
6.0
6.5
7.0 7.5 8.0 8.5
przepływ laminarny
lg Re
Rys.2. Zależność stosunku prędkości średniej do maksymalnej od liczby Reynoldsa Wydatek objętościowy przepływu powietrza oblicza się ze wzoru:
3
V& = w ⋅
m
F
[5]
s
gdzie:
2
⋅ d
F – pole przekroju poprzecznego kanału [m2] F = π
4
d – średnica kanału (d = 0,10 m).
Wydatek masowy przepływu powietrza oblicza się ze wzoru:
kg
m
&
&
ρ
p =
p ⋅ V p
[6]
s
Strumień ciepła obliczamy:
Q& = m& ⋅ C ⋅ ( T − T )
[7]
p
p
p
o
4
gdzie:
J
J
Cp – ciepło właściwe
- dla powietrza Cp=1005
,
kgK
kgK
To – temperatura otoczenia [K].
Dla różnych prędkości przepływu powietrza wykonać pomiary. Wyniki umieścić w tabeli pomiarowej tab.1.
Tabela 1. Tabela pomiarowa
Lp. Wysokość cieczy w
Wydatek
Wydatek
Temperatura
Ciśnienie w
Strumień
mikromanometrze z
objętościowy masowy
powietrza
mikromanometrze
energii
pochyłą rurką
z pochyłą rurką
powietrza
powietrza
powietrza
hp [mm]
p
m
&
T
T
T
T
d [N/m2]
V& [m3/s]
[m3/s]
p
p*
p1
p2
Q& [W]