Laboratorium Katedry Inżynierii Procesowej POLITECHNIKA OPOLSKA		Grzegorz Łucków III rok Inż. Środowiska Grupa nr 4 2000/2001 /semestr VI
Laboratorium z Inżynierii Procesowej Ćwiczenie nr 1 Temat: Wyznaczanie współczynnika wnikania ciepła podczas konwekcji wymuszonej gazu w rurze
Ćwiczenie odrobiono dnia: 13-03-2001	Sprawozdania złożono dnia: 20-03-2001		Ocena:

Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest eksperymentalne wyznaczenie współczynnika wnikania ciepła podczas burzliwej konwekcji wymuszonej gazu w rurze oraz ocena wpływu prędkości przepływu gazu wartości tego współczynnika.

Dane do obliczeń.

L=1 [m]

V=60dz=2,9 [m³/h]=8,05*10^-4 [m³/s]

d=16 x 1 [mm] =16-2*1 [mm] =14 [mm]=0,014 [m]

t₁=19 [^oC]

t₂=71 [^oC]

Temperatura kondensacji t_k=82 [^oC]

Stanowisko pomiarowe.

t₁ t₂

~220

~220

1. dmuchawa 5.zbiornik kondensatu 9.cieczowskaz

2. kocioł 6.zawór regulacyjny

3. grzałki elektryczne 7.rotametr

4. autotransformator 8.wymiennik rura w rurze

Obliczenia:

;Cp;
;
- wartości określam dla danej temperatury występującej w wymienniku,

t_śr=(t₁+t₂)/2.

t_śr=(19+71)/2=45 [^oC]

t_śr=318 [K]

- gęstość płynu

45 [^oC]=1,074 [kg/m³]

Cp- ciepło właściwe

45 [^oC]=1015,3 [J/(kg*K)]

- dynamiczny współczynnik lepkość płynu

45 [^oC]=1,942* 10 ^-5 [Pa*s]

- współczynnik przewodzenia ciepła

45 [^oC]=0,02679 [W/(m*K)]

Liczba Re

Re=
/

=V/s [m/s]

=(4V)/(3,14*d²)=(4*8,05*10^-4)/(3,14*0,014²)=5,23

[
]=[(m³/s)/m²]=[m/s]

Re=(5,23*1,074*0,014)/1,942*10^-5=4049,34

[Re]=[(m/s*m*kg/m³)/((N m²)*s)]=[(m/s*m*kg/m³)/(((kg*m/s²)/m²)*s)]

I sposób.

_zmierzone

G=V
=8,05*10^-4*1,074=8,65*10 ^-4

[G]=[(m³/s)/(kg/m³)]=[kg/s]

t₁=82[^oC]-19[^oC]=63[^oC]

t₂=82[^oC]-71[^oC]=11[^oC]

t_m=(63-11)/Ln(63/11)=29,79[ ^oC ]

_zmierzone=Q/(F*
t_m)=[G*Cp*(t₂-t₁)]/(3,14*d*L*
t_m) [W/(m²K)]

_zmierzone=[8,65*10^-41015,3*(52)]/(3,14*0,014*1*29,79)=34,87

[
_zmierzone]=[(kg/s)*(J/kgK) ^oC /(m*m* ^oC)]=[(J/s)/(m²K)]=[W/(m²*K)]

II sposób.

_obl. - zmierzone przy zastosowaniu wzorów empirycznych

Pr=(1015,3*1,942*10^-5)/0,02679=0,736

[Pr]=[(J/kgK)*(Pa*s)]/[W/(mK)]=[(J/kgK)*(N*s/m²)*(m*K/W)]=[J*N*s/(kg*m*W)]=

=[J*N*s/(kg*m*J/s)]=[N*s²/(kg*m)]=[((kg/m*s²)/s²)/(kgm)]

RePr(d/L)=4049,34*0,736*(0,014/1)=41,72

RePr(d/L)>13

Przepływ laminarny.

Nu=1,86*[RePr(d/L)]^1/3=6,45

_obl.=6,45*0,02679/0,014=12,34

[
_obl.]=[W/(mK)]/[m]=[W/(m²K)]

Przepływ turbulentny.

Nu=0,023*Re^0,8*Pr^,05=15,16

_obl.=15,16*0,02679/0,014=29

[
_obl.]=[W/(mK)]/[m]=[W/(m2*K)]

Przepływ przejściowy.

Wartość Nu odczytano z poniższego wykresu: Nu=9

_obl.=9*0,02679/0,014=17,22

[
_obl.]=[W/(mK)]/[m]=[W/(m2*K)]

Wnioski:

zmierzone	obli.
		przepływ laminarny	przepływ burzliwy	przepływ przejściowy
34,87	12,34	29,00	17,22

Zestawienie wyników:

Jak widać z powyższego zestawienia wartości współczynnika wnikania ciepła obliczone i zmierzony przy konwekcji wymuszonej znacznie się różnią od siebie. Dla przykładu
_zmierzone wynosi 34,78, a obliczone przy przepływie laminarnym 12,34. Najbardziej zbliżony jest wynik dla przepływu burzliwego. Różnice pomiędzy tymi wartościami mogą być spowodowane błędami przy obliczaniu, niedokładne zaokrąglanie wyników, nieprawidłowym działaniem stanowiska pomiarowego.

1

2

3

4

5

6

7

8

9