Для определения уравнения расчета числа Нуссельта, был проведен анализ работ разных авторов.

В работе [52] представлены уравнения передачи тепла, полученные на основе экспериментов с одиночными каплями, ансамблем капель и с распылительными аппаратами. Для удобства анализа эти уравнения сведены в Таблицу 4.

Таблица 4

Далее полученное экспериментальное значение сравнивали с расчетными коэффициентами теплоотдачи разных авторов. Более близкое к опытным данным оказалось уравнени Дрэйка – , расхождение от эксперимента было в пределах 7%.

3.5. Описание экспериментального стенда холодоаккумуляционной градирни

На кафедре «Техника низких температур» им. П.Л. Капицы Университета Машиностроения был спроектирован и изготовлен макет холодоаккумуляционной градирни (Рисунок 3.15.), позволяющий проводить исследования процессов замораживания, оттаивания холодоаккумуляционных насадок и охлаждение воды, проходящих сквозь ледяные сферические насадки. На рисунке 3.16. представлена фотография опытной установки.

Рисунок 3.15. Макет холодоаккумуляционной градирни: 1 – компрессорно-конденсаторный агрегат; 2 – воздухоохладитель; 3 – холодоаккумулятор;
4 – холодоаккумуляциооная насадка; 5 – не теплопроводная нить; 6 – форсунка;
7 – пневматический опрыскиватель; 8 – вентилятор; 9 – устройство измерения температур; 10 – задвижка; 11 – сливной вентиль

Рисунок 3.16. Внешний вид экспериментальной установки

Макет установки состоит из холодоаккумулятора 3, представляющий собой цилиндр из оргстекла с внутренним диаметром 200 мм и высотой 700 мм, в котором на нитях с низкой теплопроводностью материала 5 располагаются холодоаккумуляционные насадки сферической формы 4 диаметром 20 мм (Рисунок 3.17.), выполненные из гидрофильной волокнистой структуры. В нижней боковой части градирни предусмотрено окно, к которому присоединяется через воздуховод радиальный электровентилятор 8. Он оснащен задвижкой 10, для регулирования расхода воздуха. В верхней части градирни установлена центробежная форсунка 6, к которой подводится вода из пневматического опрыскивателя 7. Вся установка расположена в холодильной камере оснащенной компрессорно-конденсаторным агрегатом 1, для создания отрицательной температуры и последующего забора холодного воздуха электовентилятором.

Рисунок 3.17. Холодоаккумуляционная сферическая насадка

Замеры температуры воздуха на входе, в средней части и выходе из аппарата осуществляли при помощи термопар и преобразователя 9. Так же замеряется начальная температура воды и после прохождения ее через ледяные насадки.

На первом этапе эксперимента в холодильной камере создается отрицательная температура. Далее в градирню, на насыщенные водой насадки, при помощи радиального вентилятора, подается холодный воздух. Влага, содержащаяся в сферических телах, оросительных насадок замораживается, превращая их в ледяные массивы сферической формы.

Следующий этап работы заключается в остановке электровентилятора и подаче отепленной воды форсункой через оросительные насадки. Контактируя с холодными оросительными насадками, содержащими ледяную массу, вода охлаждается за счет расплавления льда оросительных насадок.

В процессе эксперимента первого этапа определялось время заморозки насадок в нижней и в верхней части градирни, толщина промороженного слоя, оценивалась разница температур воздуха до и после холодоаккумулятора. Определялось рациональное расстояние между насадками, что бы не происходило их смораживания.

На втором этапе устанавливалось время оттаивания ансамбля насадок в верхней и нижней части градирни. Толщина размороженного слоя. Разность температуры воды на входе и после прохождения ее через ледяные сферы при одном прогоне и цикличном охлаждение.

Проводилась оценка количества циклов замораживания – оттаивания насадки, где было выявлено, что использовать холодоаккумулятор в виде ледяных сфер можно многократно.

3.6. Оценка погрешности измерительных приборов

В проведенных экспериментах определялись следующие величины: температура, скорость потока воздуха, время, диаметр и толщина, влажность воздуха, масса. Оценим погрешность приборов, при измерении этих величин.

С помощью датчиков температур проводились замеры [53], показания которых были выведены на микропроцессорный измеритель марки ОВЕН УКТ38Щ4 (Рисунок 3.18.) [54], обеспечивающий диапазон измеряемых температур от минус 50 до плюс 200°С с точностью 0,1°С. Максимальная абсолютная погрешность измерения температуры составляет δtmax=0,5% [55]. Перед подключением термоизмерительных приборов производилась их настройка (тарирование) согласно руководству по эксплуатации.

Рисунок 3.18. Цифровой приемник преобразователь температур ОВЕН УКТ38Щ4

Для измерения влажности воздуха использовали гигрометр психрометрический ВИТ-2 (Рисунок 3.19.) [56]. По паспорту устройства абсолютная погрешность при измерении влажности составляет δφmax=0,2% [57].

Рисунок. 3.19. Гигрометр психрометрический ВИТ-2

Измерение скорости потока воздуха проводились при помощи анемометра Aero Temp x-line (Рисунок 3.20.) [58]. По паспорту устройства диапазон измерений прибора 0 – 30 м/с, точность δ max = 3%.

Рисунок 3.20. Анемометр Aero Temp x-line

Измерение диаметра и толщин проводились при помощи цифрового штангенциркуля типа ШШЦ 605-01 (Рисунок 3.21.) [59], он оснащен электронным отсчетным устройством и позволяет получать выходные данные с высокой точностью (Таблица 5).

Рисунок 3.21. Цифровой штангенциркуль типа ШШЦ 605-01

Таблица 5

Время проведение опыта замеряли при помощи электронного секундомера. Погрешность измерения времени при процессе, занимающем более 10 минут составляет менее 1%.

Масса замерялась на лабораторных электронных весах ACOM JW–1 (Рисунок 3.22.) [60]. По паспорту устройства абсолютная погрешность при измерении времени составляет δmmax=0,1 г.

Рисунок 3.22. Лабораторные электронные весы ACOM JW-1

Глава 4. Сравнение результатов теоретического и экспериментального исследований

Четвертая глава посвящена сопоставлению экспериментальных и расчетных данных. Каждый эксперимент проводился несколько раз, что бы увеличилась точность полученных результатов. Опыты показали, что для получения удовлетворительных результатов с хорошей точностью, можно ограничиться в пятикратном повторении каждого опыта. При обработке полученных данных неудовлетворительные результаты выбрасывались и эксперимент повторялся.

4.1. Результаты сопоставления роста толщины слоев водного льда сферической формы

Для проверки предложенной модели уравнения, учитывающая температуру воздействующего воздуха и геометрические размеры – диаметр сферы, были проведены опыты по замораживанию водонасыщенной сферы, которая витала в потоке холодного воздуха.