1. Wstęp.

Badania parowej nagrzewnicy powietrza obejmują wyznaczenie na drodze pomiarów i obliczeń cieplnych takich wielkości charakteryzujących nagrzewnicę jak, jej wydajność cieplną przy różnych wydatkach powietrza, straty i sprawność cieplną nagrzewnicy oraz wartość współczynnika przenikania ciepła dla warunków określonych konstrukcją urządzenia i sposobem eksploatacji nagrzewnicy.

2. Schemat stanowiska laboratoryjnego.

1. Nagrzewnica jedno rzędowa;

2. Kanały powietrzne;

3. Wentylator odśrodkowy;

4. Odwadniacz;

5. Zbiornik (pomiarowy) skroplin (bezciśnieniowy);

6. Kryza pomiarowa;

7. Mikromanometr;

8. Silnik napędowy wentylatora;

9. Przesłona ustalająca strumień masy powietrza przetłaczanego przez nagrzewnicę;

10. Wytwornica pary;

3. Ogrzewanie powietrza wilgotnego - wydajność cieplna nagrzewnicy.

Ilość ciepła jaką należy dostarczyć, aby ogrzać powietrze o temperaturze początkowej t₁ do temperatury t₂, można określić posługując się wykresem i-x lub licząc ze wzoru.

Jeżeli znane są parametry powietrza przed ogrzaniem t₁ i temperaturę jaką należy osiągnąć pogrzaniu t₂ oraz znany jest strumień masy powietrza przetłaczanego przez nagrzewnicę L, wymagany do podgrzania strumień ciepła określa zależność:

gdzie:

ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu dla powietrza absolutnie suchego;

ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu dla pary wodnej zawartej w powietrzu;

L_s - strumień masy absolutnie suchego powietrza przetłaczanego przez nagrzewnicę;

X - zawartość wilgoci w powietrzu ogrzewanym, odczytana z wykresu i-x dla

t_s1 i t_m1;

Strumień masy powietrza wilgotnego przetłaczanego przez nagrzewnicę przy zastosowaniu kryzy pomiarowej obliczamy ze wzoru:

gdzie: α = 0,698 - współczynnik przepływu;

ε = 1,0 - współczynnik ekspansji;

- powierzchnia przekroju wolnego kryzy;

d = 0,141 [m] - średnica otworu kryzy;

Gęstość powietrza przepływającego przez kryzę oblicza się ze wzoru:

gdzie: p_b - ciśnienie barometryczne w N/m²;

p_p1 - ciśnienie cząstkowe pary zawartej w powietrzu o stanie 1 w N/m²

określone z wykresu i-x;

Spadek ciśnienia na kryzie mierzony mikromanometrem określa wzór:

gdzie: Δh - zmierzona długość słupa cieczy manometrycznej w [m];

γ_m - ciężar cieczy w [N/m²];

a - przełożenie manometru (dla manometru z rurką pochyłą);

γ_m = 8500 [N/m³];

Δl = 123 [mm] = 0,123 [m];

Δp = 0,0488 * 8500 = 415 [N/m²];

p_p1 = 0,66 * 2337 = 1542,42;

X liczę ze wzoru:

gdzie p_s(t_ot.=24°C)
2996 [Pa];

• = 66% = 0,66;

p_b = 97900 [Pa];

4. Straty i sprawność cieplna nagrzewnicy.

Bilans cieplny nagrzewnicy możemy przedstawić za pomocą następującego równania:

gdzie: Q_p - strumień ciepła oddawanego przez czynnik grzewczy (parę wodną);

Q_N - strumień ciepła odbieranego przez czynnik ogrzewany (powietrze)-

wydajność cieplna nagrzewnicy;

Q_str - strumień ciepła traconego do otoczenia przez obudowę nagrzewnicy.

Strumień ten zależy od właściwości obudowy (szczelności

i skuteczności izolacji cieplnej);

;

gdzie: G_p - strumień masy pary doprowadzonej do nagrzewnicy w kg/s;

i_p1 - entalpia pary doprowadzonej w kJ/kg, odczytana z tablic dla

wartości p₁, t₁;

i_{sk 1} - entalpia skroplin odprowadzonych z nagrzewnicy w kJ/kg

dla ciśnienia p₁;

gdzie: d - całkowita ilość pary przedostająca się do zbiornika;

d₁ - ilość pary wtórnej wydzielającej się z 1kg wypływających skroplin:

gdzie: i_{sk 1} - entalpia skroplin powstających w nagrzewnicy w kJ/kg

odczytywana z tablic dla ciśnienia absolutnego p₁;

i_{sk 2} - entalpia skroplin w zbiorniku pomiarowym w kJ/kg

odczytana z tablic dla ciśnienia p_b;

ciepło parowania w kJ/kg dla ciśnienia p_b;

Ponieważ
dobieram
,

gdzie ε = 0,00006 - współczynnik proporcjonalności;

p₁ = 0,25 [Mpa];

i_{sk 1} = i'(p₁)
530 [kJ/kg];

p_b = 0,1 [Mpa];

i_{sk 2} = i'(p_b)
418 [kJ/kg];

dla p_b
2257 [kJ/kg];

;

;

v'(t_skr = 94°C)
0,001039;

d = d₁ + d₂ = 0,049 + 0,0187 = 0,0677;

;

i_p1 = i”(p₁ = 0,25 [Mpa])
2715 [kJ/kg];

Sprawność cieplna nagrzewnicy: stosunek ciepła wykorzystanego do ciepła doprowadzonego.

Straty ciepła w nagrzewnicy podczas procesu wymiany ciepła między czynnikiem grzewczym, a czynnikiem ogrzewanym:

Wartość średniej różnicy temperatur (średnia arytmetyczna):

t₁(p₁ = 0,25 [MPa] )
127,5°C;

5. Współczynnik przenikania wg wzoru Peckleta.

A_z = 1,16 [m²];

---