Laboratorium z wymiany ciepła 27.03.2013 r.
Ćwiczenie 2
Ustalenie procesu wymiany ciepła w kalorymetrze Junkersa- określenie składu gazu oraz
przemnożenie przez tablicowe wartości (spalania, opałową).
Urządzenia:
1. Gazomierz bębnowy mokry- to urządzenie, które odmierza ilość dopływającego gazu.
2. Reduktor ciśnienia- urządzenie, które stabilizuje dopływ gazu do kalorymetru.
3. Wymienniki ciepła- wśród których wyróżnia się:
a) Przeponowe wymienniki ciepła z gazomierzem, w którym gaz stabilizuje się do
temperatury początkowej wody (umieszczony z tyłu), gazomierz jest otoczony
płaszczem wodnym, w którym gaz wymienia ciepło z wodą,
b) Przeponowy wymiennik ciepła, w którym temperatura wymieniana jest pomiędzy
spalinami, a wodą,
c) Bezprzeponowy wymiennik ciepła- będący nawilżaczem powietrza, w którym
dochodzi do wymiany ciepła i masy wody z ciepłem powietrza (zawiera on pierścienie
Raschiga, w których średnica jest równa wysokości). W danym nawilżaczu na górze
znajduje się wodą, zaś na dole dochodzi do zasysania powietrza.
W połowie wymiennika ciepła wartość temperatury jest równa wartości temperatury dla
otoczenia.
Dla wartości temperatury otoczenia to, takiej, że:
Gdzie:
- temperatura wody ogrzewanej
- temperatura wody
Przyjmujemy, że bilans wymiany ciepła: .
1
H
tw1 t0 tw2 t
Przy danym układzie, temperatura wody raz zyskuje (poniżej prostej t0), a raz traci (powyżej
prostej t0).
Aby warunek (1) był spełniony, temperaturę należy regulować wg następującego wzoru:
Przekrój palnika:
Rurki  płomieniówki
Komora spalania
Na żółto, na schemacie, zaznaczono gaz, który jest doprowadzany do palnika.
W gazomierzu bębnowym nie ma płaszcza stabilizującego temperaturę. Bęben jest
wypełniony w dolnej połowie wodą, zaś w górnej gazem. Obrót jest wynikiem powstającego
w bębnie nadciśnienia. Poza tym w bębnie występują 2 przestrzenie:
a) przestrzeń a- w której występuje gaz o wyższym ciśnieniu,
b) przestrzeń b- w której występuje gaz o niższym ciśnieniu (różnica H oznacza straty
ciśnienia wywołujące obrót).
Dany układ musi być dokładnie stabilizowany, a ilość wody powinna być pomierzona
poziomowskazem przed pomiarem.
Pomiar temperatury i ciśnienia dokonuje się przy użyciu urządzeń umieszczonych na  górze
układu.
2
1. Obliczenie objętości gazu w warunkach umownych:
Gdzie:
- odczyt końcowy
- odczyt początkowy
 ciśnienie barometryczne
- nadciśnienie na gazomierzu
 bezwzględne ciśnienie gazu
- ciśnienie gazu suchego
 prężność pary wodnej w warunkach nasycenia dla temperatury t0
2. Obliczenie ciepła odebranego przez wodę chłodzącą (woda przepływa z góry do dołu
przejmując ciepło spalin):
Gdzie:
- masa wody (którą  wyłapujemy w kolbę erlenmeyera i ważymy)
- średnie ciepło właściwe wody, odczytywane z tablic dla określonej temperatury wody
Wartości są średnimi z odczytów, z termometrów. Odczyt ma się odbywać
z dokładnością do 0,01 K.
3. Obliczenie ciepła dostarczanego do kalorymetru (związane ze spalaniem gazu):
Gdzie:
- objętość gazu w warunkach umownych
- wartość opałowa gazu odniesiona do [um3]
4. Obliczenie sprawności wymiennika:
3
Gdy:
5. Określenie powierzchni wymiany ciepła oraz określenie liczby Reynoldsa wody
przepływającej przez wymiennik kalorymetru:
Gdzie:
 prędkość przepływu
 zastępcza średnica rury
- lepkość kinematyczna
- strumień masy wody
- powierzchnia netto przez którą przepływa woda
- czas pomiaru
- ilość rurek
- obwód zwilżony
Przekrój palnika z oznaczenim średnic:
Dw
�z
dz
4
6. Próba ustalenia równania kryterialnego dla wymiany ciepła w wymienniku:
Równanie kryterialne jest zależne od wielu czynników, między innymi od ruchów, wśród
których wyróżniamy: laminarny, przejściowy i burzliwy.
W czasie ćwiczenia skupimy się na konwekcji wymuszonej i ruchu laminarnym.
6.1. (dla takich wartości nie stosujemy poprawki na tzw. rozbiegowy odcinek, gdy
ustala się ruch burzliwy),
6.2.
6.3.
Gdzie:
- sugeruje kierunek przepływu i rozpatrywane jest dla dwóch przypadków:
a) gdy ciepło przechodzi z płynu do rury,
b) gdy ciepło przechodzi z rury do płynu.
7. Oznaczenia w postaci indeksów:
a) indeks  w (z ang. wall) - średnia wartość (np. temperatury) dla ścianki,
b) indeks  f (z ang. fluid) - średnia wartość (np. temperatury) dla płynu.
5