Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 | МНСТЕРСТВО ОСВТИ НАУКИ УКРАпНИ НАЦОНАЛЬНА МЕТАЛУРГЙНА АКАДЕМЯ УКРАпНИ МЕТОДИЧН ВКАЗВКИ до виконання лабораторного практикуму з дисциплни Теплотехнка (тепломасообмн) для студентв усх спецальностей, як навчаються за напрямом 0904 - металургя Затверджено на засданн Вчено ради академ Протокол № 1 вд 31.01.06 Днпропетровськ НМетАУ 2006 1 УДК 636.24(07) Методичн вказвки до виконання лабораторного практикуму з дисциплни "Теплотехнка (тепломасообмн)" для студентв усх спецальностей, як навчаються за напрямом 0904 - металургя / Укл.: Ю.М. Радченко, О.О. крьомн, О.В. Гупало та н. - Днпропетровськ: НМетАУ, 2006. - 84 с.

Наведено методичн вказвки до виконання лабораторного практикуму з дисциплни "Теплотехнка (тепломасообмн)", метою якого вивчення опанування методами визначення теплоти спалювання газоподбного палива, температури спалаху мазуту, зняття характеристик вдцентрового вентилятора, визначення коефцнтв теплопровдност матералу та тепловддач конвекцю, ступеня чорноти поверхн матералу, який дослджуться, та параметрв теплообмну випромнюванням при нагрванн зразка матералу у муфельнй електропеч.

Призначен для студентв усх спецальностей, як навчаються за напрямом 0904 - металургя.

Друкуться за авторською редакцю Укладач: Ю.М. Радченко, канд. техн. наук, доц.

О.О. крьомн, канд. техн. наук, доц.

О.В. Гупало, канд. техн. наук, ас.

Т.М. Шемет, ас.

Т.к. Сисова, ас.

.О. Воробйова, асп.

Вдповдальний за випуск В.Й. Губинський, д-р техн. наук, проф.

Рецензент В.к. Кремнев, канд. техн. наук, доц. (НМетАУ) 2 ЗМСТ Лабораторна робота № 1. Визначення теплоти спалювання палива.................................................................................................. 4 Лабораторна робота № 2. Визначення температури спалаху мазуту.................................................................................................. Лабораторна робота № 3. Зняття характеристики вдцентрового вентилятору......................................................................................... Лабораторна робота № 4. Дослдження теплопровдност.............. Лабораторна робота № 5. Визначення коефцнта тепловддач вльно конвекц................................................................................. Лабораторна робота № 6. Вивчення коефцнта тепловддач змушено конвекц............................................................................. Лабораторна робота № 7. Визначення ступеня чорноти................. Лабораторна робота № 8. Дослдження нагрву у муфельнй печ....................................................................................................... мтацйна лабораторна робота № 9. Дослдження нагрву у муфельнй печ.................................................................................... Лтература............................................................................................ Додатки................................................................................................ ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОТИ СПАЛЮВАННЯ ПАЛИВА 1. МЕТА РОБОТИ Засвоння методики визначення теплоти згоряння газоподбного палива за допомогою калориметра Юнкерса 1.

2. ЗАГАЛЬН ВДОМОСТ Реакця горння супроводжуться видленням теплоти. Кльксть теплоти, яка видляться пд час горння, оцнються тепловим ефектом реакц горння - Qэф, Дж/кмоль. Наприклад, H2 + 0,5 O2 = H2O + 286 МДж/кмоль;

Qэф = 286 МДж/кмоль.

Для технчних потреб бльшу зацкавленсть явля кльксть теплоти, яка видляться при повному згорянн одиниц маси або об'му горючо речовини. Цю кльксть теплоти називають теплотою згоряння палива 2.

У мжнароднй систем одиниць (SI) одиницею теплоти згоряння - Дж/кг, Дж/м3 (кратн одиниц 1 кДж/м3 = 103 Дж/м3;

1 МДж/м3 = 103 кДж/м3 = 106 Дж/м3 т.д.).

У вдповдност з одиницею вимрювання розрзняють масову - [Qm]= Дж / кг та об'мну - [Q]= Дж / м3 теплоти згоряння. Масова теплота згоряння дорвню тепловому ефекту реакц горння, роздленому на маQэф су кломоля Qm =. Наприклад, масова теплота згоряння водню буде Mx Гуго Юнкерс (1859 - 1935 р.) - вдомий нмецький нженер та аваконструктор.

Винайшов калориметр для визначення теплоти згоряння газоподбних палив у 1890 р.

У фзичний хм теплотою згоряння називають кльксть теплоти, яка видляться при згорянн моля горючого.

Qнm= = 143 МДж / кг Масова теплота згоряння бльш надйною та унверсальною характеристикою у зрвнянн з об'мною. ОбТмною теплотою згоряння частше характеризують газоподбне паливо. Об'мна теплота згоряння поднана з масовою простою залежнстю Q = Qm, (1.1) де - густина палива, кг/м3.

До складу продуктв горння палива практично завжди входить Н2О (оксид водню). Вн з'являться внаслдок горння водню, який входить до складу палива та переходу вологи повтря в продукти горння. В залежност вд агрегатного стану Н2О, тобто в залежност вд остаточно температури диму (продуктв згоряння), може бути отримана рзна кльксть теплоти за однакових умов. Якщо Н2О буде в рдкому стан (тобто температура диму нижче 100 С), то буде отримана бльша кльксть теплоти у зрвнянн з випадком коли Н2О буде у вигляд пари. При охолодженн диму нижче 100 С буде видлятися теплота конденсац водяно пари, що додаться до теплоти, яка видлилась пд час горння та збльшу загальну вддачу теплоти. Зрозумло, що процес конденсац водяно пари не звТязаний з процесом горння.

У зв'язку з цим розрзняють вищу та нижчу теплоти згоряння палива.

Пд вищою теплотою згоряння розумють кльксть теплоти, яка видляться при згорянн палива до продуктв повного горння за умови, коли Н2О знаходиться у вигляд водяно пари при 20 С.

Позначимо:

Qгор - кльксть теплоти, яка видлилась внаслдок згоряння одиниц палива за умови охолодження диму до 100 С, кДж/м3 (кг) палива;

mк.уд - маса конденсата, яка утворилась внаслдок охолодження продуктв горння одиниц (об'му або маси) палива нижче 100 С, кг/м3(кг) палива;

r = 2258 кДж/кг Н2О - теплота конденсац Н2О;

CH2O - питома тепломнсть водяно пари в нтервал температур 20 100 С, кДж/кг С;

Cвп - середня питома тепломнсть водяно пари в нтервал температур 20 100 С, кДж/кг С;

тод вирази для вищо та нижчою теплоти згоряння будуть мати вигляд:

р (1.2) Qв = Qгор + mк.уд [r + CH2O (100 - 0)], кДж / м3(кг)палива р (1.3) Qн = Qгор + mк.уд Свп (100 - 20), кДж / м3(кг)палива рзниця р р Qв - Qн = mк.уд [r + CH2O (100 - 0)- Свп. (100 - 20)]= = mк.уд [2258 + 4,18(100 - 0)- 2,009 (100 - 20)]= 2515,28 mк.уд (1.4) Таким чином, рзниця мж вищою та нижчою теплотами згоряння у розрахунку на 1 кг Н2О дорвню 2515,28 кДж/кг Н2О, що склада приблизно 2500 кДж/кг Н2О.

Неважко помтити, що:

р р по-перше, основу рзниц мж Qв та Qн склада теплота конденсац - r, а рзницею можна знехтувати;

[CH2O (100 - 0)- Свп (100 - 20)] по-друге, формулювання нижчо теплоти згоряння дещо штучне, тому що важко соб уявити, що водяна пара при атмосферному тиску охолоджуться до 20 С та не конденсуться.

У звТязку з цим бльш розповсюджен так формулювання вищо та нижчо теплоти згоряння:

вища теплота згоряння палива - це кльксть теплоти, яка видляться при згорянн палива до продуктв повного горння з урахуванням теплоти конденсац водяно пари продуктв згоряння;

нижча теплота згоряння - це кльксть теплоти, яка видляться при згорянн палива до продуктв повного горння без урахування теплоти конденсац продуктв повного згоряння.

Внаслдок того, що дим видаляють з теплотехнчних агрегатв з температурою бльш нж 100 С, то за цих умов д нижча теплота згоряння у вдповдност з останнм формулюванням.

3. СУТНСТЬ КАЛОРИМЕТРИЧНОГО МЕТОДУ ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОТИ ЗГОРЯННЯ БУДОВА КАЛОРИМЕТРА ЮНКЕРСА Сутнсть методу складаться у тому, що теплота, яка видляться пд час горння газу поглинаться потком води. Знаючи кльксть спаленого газу та води, яка пройшла через калориметр, а також початкову та кнцеву температури води, можливо обчислити теплоту згоряння палива.

Будову калориметра Юнкерса показано на рис. 1.1.

Газ подають до нжекцйного пальника 18 по шлангу. Змшаний з повтрям газ виходить з пальника 18 та горить у камер 12, яку утворю внутршнй охолоджуваний водою цилндр 11. Для бльш глибокого охолодження продуктв згоряння х пропускають крзь димогарн трубки 10, псля чого, дим ма температуру близьку до температури навколишнього середовища. У трубках 10 дим охолоджуться ~ до 20 С, внаслдок чого водяна пара, яка мститься в ньому, конденсуться на стнках трубок, а вода яка утворилася стка до камери 14. Камера 14 ма випускний патрубок 19 для конденсату, так що кльксть конденсату завжди можна вимряти. Дим з димогарних трубок виходить через вихлопний патрубок 21, в якому встановлено регулюючу заслнку 22. За допомогою ц заслнки регулюють кльксть повтря, яке пдсмоктуться безпосередньо у камеру горння повз пальник. Температура диму, який виходить з калориметра, вимрюють термометром 24.

Вода надходить по трубц 1 у напрний бачок 3 калориметра. Кльксть води, яка надходить у калориметр, регулються краном 28. Надлишкова вода зливаться в зливну секцю напрного бачка, дал йде на скид. Температура води, яка надходить у калориметр, вимрються термометром 4. Дал вода по стояку 25 йде до нижньо частини теплообмнника калориметра через отвр у зовншньому цилндр 11. Вода, яка омива димогарн трубки та камеру згоряння, надходить у камеру змшування 26, де температура води, яка виходить з калориметра, усереднються.

Додаткове перемшування води вдбуваться завдяки встановленню на виход з камери змшування лопатевого завихрювача 27.

Рис. 1.1. Схема калориметра Юнкерса:

1, 2 - трубки для пдведення та вдведення води, 3 - напрний бачок, 4, 5, 24 - термометри, 6 - трубка для випускання газв, 7 - трубка для вдведення води, 8 - воронка, 9 - кран, 10 - димогарн (жаров) трубки, 11 - металев цилндри; 12 - камера згоряння (спалювання), 13 - кожух, 4 - камера, 15 - трубка для зливання води, 16 - нжки, 17 - встановлювальн гвинти, 18 - пальник, 19 - трубка для зливання конденсату, 20 - мрний цилндр, 21 - патрубок, 22 - заслнка, 23 - рукоятка, 25 - стояк для подач води до теплообмнника, 26 - камера змшування, 27 - змшувач, 28 - вентиль Температура води, яка виходить з калориметра, вимрються термометром 5. Постйний рвень води на виход з калориметра пдтримуться за допомогою зливно воронки 8. Завдяки зливнй секц та зливнй воронц в калориметр пдтримуться постйна рзниця рвней води на вход та на виход з калориметра. Таким чином, забезпечуться сталсть витрати води через калориметр. На виход з калориметра встановлено кранперемикач 9, за допомогою якого воду, що виходить з калориметра, можна спрямовувати чи на скидування, чи в мрну судину. Суворо вертикальне положення калориметру надають обертанням встановлювальних гвинтв 17. Контроль вертикального положення здйснюють за допомогою виска.

Для мнмзац теплових втрат калориметра його зовншню поверхню полрують та хромують (або нкелюють ).

4. ОПИС ЛАБОРАТОРНОп УСТАНОВКИ ТА ТЕПЛОВИЙ БАЛАНС КАЛОРИМЕТРА Схему лабораторно установки подано на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Схема калориметрично установки:

1 - калориметр Юнкерса, 2 - газовий чильник, 3, 4 - термометр, 5 - водяний затвор, 6 - мрна судина, 7 - мензурка, 8 - дзеркальце Газовий чильник 2 вимрю кльксть газу, яка спалена у калориметр. Водяний затвор 5 оберга газовий чильник вд можливого проскоку полум'я з пальника у газову магстраль та сприя пдтриманню постйного тиску газу перед пальником. Мрна судина 6 служить для збирання води, яка виходить з калориметра у чильний перод. Масу води, збрану у мрнй судин визначають у кнц дослду. Мензурка 7 використовуться для збирання та вимрювання клькост конденсату пд час дослду (лчильний перод).

Схему руху потокв теплоти та маси у калориметр умовно може бути зображено схемою (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Схема руху потокв теплоти та маси у калориметр У вдповдност з цю схемою запишемо рвняння теплового балансу калориметра за час дослду.

4.1. Надходження теплоти:

поч Qнад = Qфз.пов + Qфз.г + Qфз.H2O + Qгор (1.5) tпов Qфз.пов = Vпов Cпов.0 tпов - теплота, яка внесена у калориметр повтрям, що йде на горння, Дж;

t Qфз.г = Vг Cгг0 tг - теплота, яка внесена в калориметр газом, Дж;

.

поч Qфз.H2O = Mв CH2O tH2O.п - теплота, яка внесена у калориметр водою;

р Qгор = Qв Vг - кльксть теплоти, яка видлилась у калориметр внаслдок горння палива, Дж;

4.2. Витрата теплоти:

к Qвит = Qфз,H2O + Qфз.д + Qфз.конд + Qвтр (1.6) к Qфз,H2O = Mв CH2O tH2O.к - теплота, яка винесена з калориметра водою, Дж;

t Qфз.д = Vд Cдд0 tд - теплота, яка винесена з калориметра продуктами.

реакц горння палива (димом), Дж;

Qфз.конд = Mконд CH2O tконд - теплота, яка винесена з калориметра конденсатом, Дж;

Qвтр = q Fк = (tзов.к - tнавк.к ) Fк - теплов втрати калориметра в навколишн середовище, Дж.

У вище наведених формулах:

Vпов, Vг, Vд - об'м повтря, газу, диму, як пройшли через калориметр за час дослду, м3;

t tпов t Cпов.0, Cгг0, Cдд0 - питома середня тепломнсть повтря, газу, диму,..

Дж/м3 С;

CH2O - питома тепломнсть води, Дж/кг С;

tг, tпов, tд, tконд - температура газу, повтря, диму, конденсату, С;

tH2O.п, tH2O.к - температура води на вход в калориметр та на виход з нього, С;

Mв - маса води, яка пройшла через калориметр за час дослду, кг;

Mконд - маса конденсату, яка вийшла з калориметра за час дослду, кг;

р Qв - вища теплота згоряння палива, Дж/м3;

- сумарний коефцнт тепловддач вд зовншньо поверхн калориметра у навколишн середовище, Вт/м2 С;

tзов.к, tнавк.к - температура зовншньо стнки калориметра та навколишнього середовища, С;

Fк - площа зовншньо поверхн калориметра, м2;

- час дослду, с.

З теплового балансу повинно бути Qнадл = Qвтр, тобто t t р пов Vпов Cпов.0 tпов + Vг Cгг0 tг + Mв CH2O tH 2O.п + Qв Vг =.

(1.7) t = Mв CH2O tH 2O.к + Vд Cдд0 tд + Mконд CH2O tконд + Qвтр.

Рвняння (1.7) дозволя знайти вищу теплоту згоряння палива t Mв CH2O (tH2O.к - tH2O.п)+ (Vд Cдд0 tд + Mконд CH2O tконд) р.

Qв = Vг Vг (1.8) tпов t (Vпов Cпов.0 tпов + Vг Cгг0 tг)+ Qвтр.

Pages:     | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |    Книги по разным темам