Zakład miernictwa i ochrony atmosfery

Laboratorium

Badanie maszyn i urządzeń

Sprawozdanie z Ćw.44

Temat: Pomiar nagrzewnicy powietrza

Karolina Rzepiel

Nr albumu: 204886

Grupa: PN TP 9.15

Prowadzący: dr inż. Elżbieta Wróblewska

1.Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z zasadą działania oraz parametrami pracy agregatu grzewczego typu Tajfun oraz sporządzenie bilansu cieplnego.

2.Schemat układu pomiarowego

3. Wyniki pomiarów

L.p.	τ	∆Mpal	ppal	ts	CO2	O2	CO	tot	tpg
-	min	kg	bar	^oC	%	%	ppm	^oC	^oC
1	0	1,02	6	147	8,05	11,43	96	23	62
2	2			336	8,4	9,55	56		97
3	4			422	8,44	9,47	60		107
4	6			459	8,46	9,46	66		111
5	8			476	8,46	9,44	68		112
6	10			484	8,37	9,55	69		113

Przekroje	-	VI	V	IV	0	III	II	I
4 min	pd, Pa	40	50	42	36	38	37	47
6 min	pd, Pa	45	53	45	41	41	43	32
10 min	pd, Pa	41	47	42	40	40	40	48

4. Przykładowe obliczenia

(Dla stanu po 2 minutach)

4.1 Strumień ciepła dostarczony z paliwem:

$${\dot{Q}}_{\text{pal}} = {\dot{M}}_{\text{pal}} \bullet Q_{w}^{r}$$

Strumień masy paliwa: ${\dot{M}}_{\text{pal}} = \frac{M_{\text{pal}}}{\tau} = \frac{1,02}{600} = 0,0017\ \frac{\text{kg}}{s}$

Wartość opałowe oleju napędowego: $Q_{w}^{r} = 46\ 300\ \frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$

$${\dot{Q}}_{\text{pal}} = 0,0017 \bullet 46\ 300 = 78,71\ kW\ $$

4.2 Gęstość gorącego powietrza:

$$\rho_{\text{PG}} = \frac{P_{\text{PG}}}{R_{p} \bullet T_{\text{PG}}}$$

Absolutne ciśnienie statyczne gorącego powietrza: P_PG = P_o + p_PG = 101500 Pa 

Nadciśnienie gorącego powietrza w rurociągu: p_PG = 0

Ciśnienie atmosferyczne: P_o = 101500 Pa 

Indywidualna stała gazowa dla powietrza: $R_{p} = 287,1\ \frac{J}{kg\ \bullet K}$

Absolutna temperatura gorącego powietrza: T_PG = 273 + 97 = 370 K

$$\rho_{\text{PG}} = \frac{P_{\text{PG}}}{R_{p} \bullet T_{\text{PG}}} = \frac{101500}{287,1 \bullet 370} = 0,96\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}$$

4.3 Strumień objętości gorącego powietrza:

$$q_{v,pg} = A \bullet {\overset{\overline{}}{w}}_{\text{pg}}$$

Pole przekroju rurociągu gorącego powietrza: A = 0, 25πD_w² = 0, 25π • (0, 25)² = 0, 049 m²

Prędkość gorącego powietrza w i-tym punkcie pomiarowym, położonym na poziomej osy H:

$w_{pg,i} = \sqrt{\frac{2p_{d,i}}{\rho_{\text{PG}}}}$

Średnia prędkość gorącego powietrza w rurociągu:

$${\overset{\overline{}}{w}}_{\text{pg}} = \frac{1}{n} \bullet \sum_{i = 1}^{n}w_{pg,i} = \left( 9,54 + 10,41 + 9,66 + 9,19 + 9,27 + 9,31 + 9,54 \right) \bullet \frac{1}{7} = 9,56\frac{m}{s}$$

$$q_{v,pg} = A \bullet {\overset{\overline{}}{w}}_{\text{pg}} = 0,049 \bullet 9,56 = 0,5\ \frac{m^{3}}{s}$$

4.4 Wydajność cieplna agregatu:

$${\dot{Q}}_{p} = q_{v,pg} \bullet \rho_{\text{pg}} \bullet c_{p} \bullet (t_{\text{pg}} - t_{\text{pz}})$$

Ciepło właściwe powietrza: $c_{p} = 1,005\frac{\text{kJ}}{\text{kgK}}$

Temperatura gorącego powietrza: t_pg= 97 ^oC

Temperatura zimnego powietrza: t_pz= 23 ^oC

$${\dot{Q}}_{p} = 0,5 \bullet 0,96 \bullet 1,005 \bullet \left( 97 - 23 \right) = 33,35\text{\ kW}$$

4.5 Strata wylotowa wg wzoru Siegerta (przy CO<0,3%):

S_k = σ • (t_s − t_o)/CO₂

Temperatura spalin - t_s = 336 ^oC

Temperatura otoczenia - t_o =23 ^oC

Objętościowy udział CO₂ w spalinach - CO₂= 8,4%

Współczynnik zależny od objętościowego udziału CO₂ w spalinach:

σ = 0, 00875 • CO₂ + 0, 51 = 0, 58

$$S_{k} = \sigma \bullet \frac{t_{s} - t_{o}}{CO_{2}} = 0,58 \bullet \frac{336 - 23}{8,4} = 21,74\ \%$$

4.6 Sprawność cieplna agregatu:

$$\eta = 100 \bullet \frac{{\dot{Q}}_{p}}{{\dot{Q}}_{\text{pal}}} = 100 \bullet \frac{33,35}{78,71} = 42,37\%$$

4.7 Jednostkowe zużycie paliwa:

$$b = \frac{{\dot{M}}_{\text{pal}}}{{\dot{Q}}_{p}} = \frac{0,0017}{33,35} = 0,051\frac{\text{kg}}{MJ}$$

4.8 Reszta strat:

S_r = 100 − η − S_k = 100 − 42, 37 − 21, 74 = 35, 89%

4.9 Liczba nadmiaru powietrza:

$$\lambda = \frac{21}{21 - O_{2}} = \frac{21}{21 - 9,55} = 1,83$$

4.10 Stopień obciążenia agregatu grzewczego:

Nominalna wydajność cieplna agregatu: ${\dot{Q}}_{n} = 52,3\ kW$

$$\psi = \frac{{\dot{Q}}_{p}}{{\dot{Q}}_{n}} = \frac{33,35}{52,3} = 0,64$$

5. Wyniki obliczeń

L.p.	Mpal	Qrw	Qpal	ρ pg	A	qv	Qp	φ	Sk	η	b	Sr	λ	ψ
-	kg/s	kJ/kg	kW	kg/m3	m^2	m^3/s	kW		%	%	kg/MJ	%	-
1	0,0017	46300	78,71	1,06	0,049	0,5	19,41	0,580	8,94	24,66	0,0876	66,40	2,19	0,37
2				0,96			33,35	0,584	21,74	42,37	0,051	35,89	1,83	0,64
3				0,93			36,86	0,584	27,60	46,83	0,0461	25,57	1,82	0,70
4				0,92			38,21	0,584	30,10	48,55	0,0445	21,35	1,82	0,73
5				0,92			38,55	0,584	31,27	48,97	0,0441	19,75	1,82	0,74
6				0,92			38,88	0,583	32,12	49,40	0,0437	18,48	1,83	0,74

Przekroje	-	VI	V	IV	0	III	II	I	W rurociągu
4 min	w, m/s	9,27	10,37	9,50	8,80	9,04	8,92	10,05	9,56
6 min	w, m/s	9,89	10,73	9,89	9,44	9,44	9,66	8,34
10 min	w, m/s	9,46	10,13	9,58	9,35	9,35	9,35	10,24
Średnia	w, m/s	9,54	10,41	9,66	9,19	9,27	9,31	9,54

6. Wykres Sankeya

7. Wnioski