Wnikanie ciepła w warstwie fluidalnej moje

INŻYNIERIA CHEMICZNA

- LABORATORIUM-

„WNIKANIE CIEPŁA W WARSTWIE FLUIDALNEJ”

  1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest doświadczalne wyznaczenie zależności:

  1. Wyniki pomiarów

Otwór U[V] I[A] T1[°C] T2[°C] T3[°C] T4[°C] T5[°C] T6[°C] Δh1[mmCH3OH] Δh2[mmH2O]
2 100 0,29 23,7 24,2 23,5 23,9 24,9 51 4,2 15
220 0,68 26,6 28,2 24,2 26,5 28,7 150 7 32
7 100 0,29 21,9 22,1 21,6 21,9 21,2 41 30 120
220 0,68 22,2 24,0 21,1 23,7 21,9 105 28,5 125

U – napięcie prądu pobieranego przez grzejnik

I – natężenie prądu pobieranego przez grzejnik

T1-T6 – temperatura wystepująca w miejscu ustawienia czujników 1-6 ( czujnik nr 6 przylega do ścianki grzejnika)

Δh1 – wysokość metanolu w mikromanometrze

Δh2 – różnica poziomu wody w manometrze typu U-rurka

  1. Opracowanie wyników. Przykład obliczeniowy

    1. Zależność współczynnika wnikania ciepła w warstwie fluidalnej od liniowej prędkości powietrza dla stałej intensywności ogrzewania i zależność współczynnika wnikania ciepła w warstwie fluidalnej od intensywności ogrzewania dla stałej prędkości powietrza:

      1. Δp w mikromanometrze:


p = h1 • ρmetanol • g = 0, 0042 • 790 • 9, 81 = 32, 55 [Pa]


$$\rho_{\text{metanol}} - \ gestosc\ metanolu = 790\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}$$

  1. Prędkość powietrza:


$$w_{r} = \beta \bullet \sqrt{\frac{2 \bullet p}{\rho_{p}}} = 0,634 \bullet \sqrt{\frac{2 \bullet 32,55}{1,168}} = 4,73\lbrack\frac{m}{s}\rbrack$$


β − wspolczynnik przeplywu zwezki


$$\rho_{p} - \ gestosc\ powietrza = 1,168\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}$$

  1. Strumień cieplny:


Q = U • I = 100 • 0, 29 = 29 [W]

  1. Powierzchnia grzejnika:


A = π • d • L = π • 0, 024 • 0, 1215 = 0, 009161 [m2]


d − srednica cylindrycznego grzejnika


L − dlugosc czesci cylindrycznej elementu grzejnika

  1. Współczynnik wnikania ciepła:


$$\alpha = \frac{Q}{A \bullet (T_{sg} - T_{\text{pk}})} = \frac{29}{0,009161 \bullet (51 - 24,04)} = 117,42\ \lbrack\frac{W}{m^{2} \bullet K}\rbrack$$


Tsg −  temperatura scianki grzjnika = T6


Tpk −  temperatura przestrzeni komory = 24, 04 (srednia T1 − T5)

  1. Wyniki obliczeń:

U[V] I[A] Q[W] Δh1[mmCH3OH] Δp[Pa] w[m/s] A[m2] Tpk[°C] T6[°C] α[W/m2*K]
100 0,29 29,0 4,2 32,55 4,73 0,009161 24,04 51 117,42
220 0,68 149,6 7 54,25 6,11 0,009161 24,04 150 132,59
100 0,29 29,0 30 232,50 12,65 0,009161 24,04 41 164,36
220 0,68 149,6 28,5 220,87 12,33 0,009161 24,04 105 198,14

  1. Zależność współczynnika wnikania ciepła w pustej rurze od liniowej prędkości płynącego powietrza:

    1. Δp w manometrze typu U-rurka:


p = h2 • ρwody • g = 0, 015 • 998 • 9, 81 = 146, 86 [Pa]


$$\rho_{\text{wody}} - \ gestosc\ wody = 998\ \left\lbrack \frac{\text{kg}}{m^{3}} \right\rbrack$$

  1. Prędkość powietrza:


$$w_{r} = \beta \bullet \sqrt{\frac{2 \bullet p}{\rho_{p}}} = 0,634 \bullet \sqrt{\frac{2 \bullet 146,86}{1,168}} = 10,05\lbrack\frac{m}{s}\rbrack$$


β − wspolczynnik przeplywu zwezki


$$\rho_{p} - \ gestosc\ powietrza = 1,168\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}$$

  1. Współczynnik wnikania ciepła:


$$\alpha = \frac{Q}{A \bullet (T_{sg} - T_{\text{pk}})} = \frac{29}{0,009161 \bullet (51 - 24,04)} = 117,42\ \lbrack\frac{W}{m^{2} \bullet K}\rbrack$$


Tsg −  temperatura scianki grzjnika = T6


Tpk −  temperatura przestrzeni komory = 24, 04 (srednia T1 − T5)


Q − takie samo jak wczesniej


A − takie samo jak wczesniej

  1. Wyniki obliczeń:

U[V] I[A] Q[W] Δh2[mmH2O] Δp[Pa] w[m/s] A[m2] Tpk[°C] T6[°C] α[W/m2*K]
100 0,29 29,0 15 146,86 10,05 0,009161 24,04 51 117,42
220 0,68 149,6 32 313,29 14,68 0,009161 24,04 150 132,59
100 0,29 29,0 120 1174,85 28,44 0,009161 24,04 41 164,36
220 0,68 149,6 125 1223,80 29,02 0,009161 24,04 105 198,14

  1. Wykresy

  2. Wnioski:

Na podstawie wykonanych obliczeń i narysowanych wykresów wyraźnie widać, że współczynnik wnikania ciepła w warstwie fluidalnej jest zależny liniowo zarówno od prędkości powietrza, jak i intensywności ogrzewania. Współczynnik rośnie wraz ze wzrostem tych wartości. Tak samo wygląda zależność współczynnika wnikania ciepła od prędkości powietrza w pustej rurze – zależność ta jest liniowa i wartości współczynnika wnikania rosną wraz ze wzrostem prędkości powietrza.


Wyszukiwarka