1. Cel doświadczenia:

Celem ćwiczenia jest określenie wartości współczynnika wnikania ciepła α oraz gęstości strumienia cieplnego q od różnicy temperatur ściany i wrzącej cieczy.

  1. Schemat aparatury:

0x01 graphic

1,4,7 - regulatory mocy, 2 - zbiornik, 3 - grzałka pomiarowa, 5 - rura powrotna , 6 - zbiornik przejściowy, 8 - chłodnica zwrotna, 9 - latarka pomiarowa, 10 - termometr, 11 - chłodnica, 12 - rura parowa, 13 - grzałka parowa

  1. Obliczenia:

Lp.

N

[W]

T1

[oC]

T2

[oC]

T3

[oC]

T4

[oC]

t1

[s]

t2

[s]

t3

[s]

1

0

-

-

-

102,7

119

113

116

2

920

112,7

111,1

113,5

101,5

22

24

22,2

3

1840

117,8

116,0

118,5

101,6

12,2

12

11,2

4

2760

119,2

121,6

120,6

101,5

8,8

9,2

9,5

ΔT = TW - TS

Gdzie:

TW - temperatura ściany ([T1+T2+T3]/3)

TS - temperatura cieczy (T4)

Zatem:

Dla N = 920 W

ΔT = [1/3(112,7+111,1+113,5) - 101,5 = 10,9 K

Dla N = 1840 W

ΔT = [1/3(117,8+116+118,5) - 101,6 = 15,8 K

Dla N = 2760 W

ΔT = [1/3(119,2+121,6+120,6) - 101,5 = 18,9 K

t =1/3(t1 +t2 +t3)

Zatem:

Dla N = 0 W

t = 1/3(119+113+116) = 116 s

Dla N = 920 W

t = 1/3(22+24+22,2) = 23 s

Dla N = 1840 W

t = 1/3(12,2+12+11,2) = 11,8 s

Dla N = 2760 W

t = 1/3(8,8+9,2+9,5) = 9,2 s

Qvx = V/t

Gdzie:

V - objetość kondensatu (V = 0,00001 m3)

Zatem:

Dla N = 0 W

Qv1 = V/t = 0,00001/116 = 8,6*10-8 m3/s

Dla N = 920 W

Qv2 = V/t = 0,00001/23 = 4,34*10-7 m3/s

Dla N = 1840 W

Qv2 = V/t = 0,00001/11,8= 8,47*10-7 m3/s

Dla N = 2760 W

Qv2 = V/t = 0,00001/9,2 = 1,09*10-6 m3/s

Qv = Qv2 - Qv1

Zatem:

Dla N = 920 W

Qv = 4,34*10-7 - 8,6*10-8 = 3,48*10-7 m3/s

Dla N = 1840 W

Qv = 8,47*10-7 - 8,6*10-8 = 7,61*10-7 m3/s

Dla N = 2760 W

Qv = 1,09*10-6 - 8,6*10-8 = 1,004*10-6 m3/s

Lp.

N

[W]

T1

[oC]

T2

[oC]

T3

[oC]

T4

[oC]

ΔT

[oC]

[K]

Qv1

[m3/s]

Qv2

[m3/s]

Qv

[m3/s]

1

0

-

-

-

102,7

-

8,6*10-8

-

-

2

920

112,7

111,1

113,5

101,5

10,9

8,6*10-8

4,34*10-7

3,48*10-7

3

1840

117,8

116,0

118,5

101,6

15,8

8,6*10-8

8,47*10-7

7,61*10-7

4

2760

119,2

121,6

120,6

101,5

18,9

8,6*10-8

1,09*10-6

1,004*10-6

q = Qvρr/A

Gdzie:

ρ - gęstość kondensatu (1000kg/m3)

r - odczytane z tabeli ciepło kondensacji

A - powierzchnia wymiany ciepła (0,02m2)

Zatem:

Dla N = 920 W; T4 = 101,5 oC, r = 2252700J/kg

q = Qvρr/A = 3,48*10-7 *1000*2252700/0,02 = 39079,389 W/m2

Dla N = 1760 W; T4 = 101,6 oC, r = 2252400J/kg

q = Qvρr/A = 7,61*10-7*1000*2252400/0,02 = 85446,709 W/m2

Dla N = 2640 W; T4 = 101,5 oC, r = 2252700J/kg

q = Qvρr/A = 1,004*10-6*1000*2252700/0,02 = 112746,283 W/m2

α = q/ΔT

Zatem:

Dla N = 920 W

α = q/ΔT = 39079,389 /10,9 = 3585,256 W/m2K

Dla N = 1840 W

α = q/ΔT = 85446,709 /15,8 = 5408,019 W/m2K

Dla N = 2760 W

α = q/ΔT = 112746,283 /18,9 = 5968,412 W/m2K

η = qA/N

Zatem:

Dla N = 880 W

η = qA/N = 39079,389 *0,02/920 = 0,849

Dla N = 1840 W

η = qA/N = 85446,709 *0,02/1840 = 0, 929

Dla N = 2760 W

η = qA/N = 112746,283 *0,02/2760 = 0,817

Lp.

N

[W]

T1

[oC]

T2

[oC]

T3

[oC]

T4

[oC]

ΔT

[oC]

[K]

Qv

[m3/s]

α

[W/m2K]

q

[W/m2]

η

2

0

920

112,7

111,1

113,5

10,9

3,48*10-7

3585,256

39079,389

0,849

3

920

1840

117,8

116,0

118,5

15,8

7,61*10-7

5408,019

85446,709

0, 929

4

1840

2760

119,2

121,6

120,6

18,9

1,004*10-6

5968,412

112746,283

0,817

  1. Wykres:

0x01 graphic

0x01 graphic

  1. Wnioski:

Naszym zadaniem w tym ćwiczeniu było określenie wartości współczynnika wnikania ciepła oraz gęstości strumienia cieplnego od różnicy temperatur ściany i wrzącej cieczy. Z otrzymanych wartości możemy zauważyć parę zależności:

Jak widać otrzymaliśmy dość wysoką sprawność urządzenia grzejnego, w jednym przypadku sięga ona prawie 93%, w dwóch pozostałych przypadkach błąd możemy wytłumaczyć niedokładnością pomiarów czasu przepływu bądź błędnymi zaokrągleniami podczas obliczeń.