Dominik Jakubiak

Kierunek: Biotechnologia

Grupa studencka: 4

Semestr studiów: IV

Data ćwiczeń: 21.05.2008

Sprawozdanie 4:

Temat: „Wyznaczanie współczynnika przenikania ciepła.”

1. Dane układu pomiarowego:

Wymiennik ciepła płaszczowo rurowy o rurach żebrowych firmy „Konwektor”

Średnica króćca wlotowego powietrza: d_p1 = 31cm = 0,31m

Średnica króćca wylotowego powietrza: d _p2 = 31cm = 0,31m

Średnica króćca wlotowego wody: d _w1 = 18mm = 0,018m

Średnica króćca wylotowego wody: d _w2 = 18mm = 0,018m

Średnica zewnętrzna żeber: Dż = 39mm = 0,039m

Średnica wewnętrzna żeber: dż = 21mm = 0,021m

Pomiar temperatury za pomocą termometrów:

	czynnik	termometr	dokładność	zakres
Wlot	woda	elektroniczny	0,1	-50 do 200
		powietrze	elektroniczny	0,1	-50 do 200
	Wylot	woda	elektroniczny	0,1	-50 do 200
		powietrze	elektroniczny	0,1	-50 do 200

Do pomiaru objętościowego natężenia przepływu używamy stopera i wyskalowanego pojemnika.

2. Zestawienie pomiarów:

Temperatura powietrza: 23,8°C

Wilgotność względna powietrza: 47%

Ciśnienie barometryczne: P _b = 749mm Hg

Ciśnienie statyczne: p_s = 23,2mm H₂O

Ciśnienie dynamiczne: p_d = 6,34mm H₂O

Temperatura wlotowa wody: t_w1 = 58,1°C

Temperatura wylotowa wody: t_w2 = 46°C

Temperatura średnia wody: t_wśr = 52,05°C

Temperatura wlotowa powietrza: t_p1 = 24,7°C

Temperatura wylotowa powietrza: t_p2 = 28,7°C

Temperatura średnia powietrza: t_pśr = 26,3°C

Maksymalna różnica temperatur : Δt_max = 33,7°C

Czasy napełniania zbiornika do pojemności 2l :

1. 29,65 s

2. 29,70 s

3. 28,25 s

4. 29,50 s

5. 28,44 s

6. 28,22 s

3. Obliczenia:

• Objętościowe natężenie przepływu wody
  :

• Masowe natężenie przepływu wody
  :

Objętościowe natężenie przepływu wody mierzyliśmy na końcu układu - woda tam miała teperaturę zbliżoną do t_w2, zatem ponieważ woda ma wysokie ciepło właściwe (niełatwo zmienić jej temeraturę, zmienia ją wolno), możemy przyjąć gęstość wody w temperaturze 46°C:

ρ_w 46°C = -0,0045x²-0,006x+1000,2= -9,5220-0,276+1000,2=990,4kg/m³

• Średnia różnica temperatur:
  

°C

C

• Współczynnik poprawkowy  w prądzie krzyżowym:

Z tabeli :

• Maksymalna prędkość przepływu powietrza
  

ρ_wśr 52,05°C = -0,0045x²-0,006x+1000,2= -12,19-0,31+1000,2=987,7kg/m³

• Liczby kryteriale dla powietrza :

oraz

• Objętościowe i masowe natężenie przepływu powietrza :

gdzie :

d - średnica króćca wlotowego wylotowego powietrza = 0,31 [m]

• Ilość ciepła oddanego przez czynnik grzewczy :
  

• Ilość ciepła pobranego przez czynnik ogrzewany :
  

• Strata po stronie czynnika grzewczego:

Ujemnie straty ciepła mogą świadczyć o niekorzystnych warunkach podczas wykonywania ćwiczeń.

• Liczby kryterialne dla wody :

oraz

• Wyznaczanie współczynnika przenikalnosci ciepła :

• Współczynnik przenikalności ciepła:

4. Tablica pomiarów i obliczeń:

Temperatura powietrza przy wlocie do wymiennika tp1 [°C]	24,7
Temperatura powietrza przy wylocie z wymiennika tp2 [°C]	28,7
Temperatura wody przy wlocie do wymiennika tw1 [°C]	58,1
Temperatura wody przy wylocie z wymiennika tw1 [°C]	46
Maksymalne ciśnienie dynamiczne pdmax [mH2O]	6,34 *10^-3
Objętościowe natężenie przepływu Vw [l/min]	4,17

Obliczenie współczynnika przenikania ciepła:

Powierzchnia wymiany ciepła: A = 6,03 [m^3] Ciepło właściwe wody: Cw = 4,0924 [kJ/kg*K] Ciepło właściwe powietrza: Cp= 1,012 [kJ/kg*K] Gęstość wody: ρw = 997,36 [kg/m^3] Gęstość powietrza: ρp = [1,158 kg/m^3] Dynamiczny współczynnik lepkości: η = 1,83 *10^-5[kg/m*s]
Średnia różnica temperatur Δtm [°C]	24,97
Współczynnik poprawkowy (prąd krzyżowy) ε	0,987
Maksymalna szybkość przepływu powietrza wPmax [m/s]	10,35
Masowe natężenia przepływu wody mw [kg/s]	0,069
Masowe natężenie przepływu powietrza mp [kg/s]	0,7808
Ilość ciepła oddanego przez wodę Qw [kJ/h]	13300,36
Ilość ciepła pobranego przez powietrze Qp [kJ/h]	13175,27
Współczynnik przenikania ciepła k [W/m^2*K]	10,65

5. Wnioski :

Dzięki wysokiemu współczynnikowi przenikania ciepła możemy w krótkim czasie ogrzać powietrze o 4 stopnie przy niewielkich stratach energetycznych. W przypadku struktur mających izolować bardzo wazne jest utrzymanie współczynnika przenikania ciepła na miarodajnie niskim poziomie, natomiast przy zjawiskach ogrzewania i chłodzenia zależy nam na tym, aby miał on wartość jak najwyższą (szybkie i wydajne chłodzenie).

---