Основы теплопередачи (Михеев М.А.) (1013624), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Промышленное испытание котла было про Фи; 169. хаРактер движения воадуха при на- личии в поворотах направлякяпих лопаток— изведено Ленинград- по опытам на водяной модели. ским теплотехническим институтом [391. На модели был исследован только второй пучок котла, на фигуре обведенный пунктиром. Воздушная модель изучаемой части котла была построена в масштабе 1:8.
Для определения коэффициента теплоотдачи отдельных труб. был применен электрокалориметрический метод'. Исследованию была подвергнута каждая трубка в отдельности при различных скоростях воздуха. Обработка результатов опытов была произведена в критериях подобия.
Усредненные данные по всему пучку из опытов с моделью были сравнены с результатами промышленного испытания котла, обработанными также в критериях подобия, Результаты сопоставления приведены на фиг. 171; здесь сплошной линией нанесены результаты исследования на модели, а точками — результаты промывгленного испытания. Как видно из фигуры, совпадение результатов получилось исключительно хорошим. Это доказывает, что, применяя метод локального теплового моделирования к изучению теплопередачи в котле т См. гл. 11. зюделигоздние тепловых устгонстн 1!'л. ЭО 304 на моделях, мы получаем результаты, которые характеризуют тепловую сторону работы котла так же хорошо, как и данные самых подробных промышленных испытаний в эксплоатац "он вых условиях. Таким образом, на моделях можно изучать как характер движения рабочих жидкостей и гидравлическое сопротивление,так и конвективную теплоот! дачу любого теплово- 1 го аппарата.
При проектировании новых аппа»атов это дает Г1 'г возможность з ранее проверить правильч- ность конструкции и исправить все обна- г руженные в них недостатки еще до реализации конструкции. При реконструкфиг. 170. котел Гарбе; пунктиром выделен ции существующих газоход, котоРый был изучен на модели. тепловых аппаратов с целью рационализации их работы метод -моделей позволяет заранее установить, какие переделки рациональны и какой именно аффект будет от них получен. 300 70 --~~, Фиг.
171. 1чи1 =7117е ) для второго пучка котла Гарбе; сплошная линия — опытные данные исследований на модели, точки — опытные данные про- мышленных испытаний. мктоди нлклюдкнпи и илмкгкнии 305 Область практического применения метода моделирования, конечно, не ограни хчвается гидромеханикой и тепло- обменом. Она может быть значительно расширена. Метод моделей может быть применен к изучению любого процесса и, в частности, лучистого теплообмена, физико-химических превращений [22~, горения и др. Нет никакого сомнения, что в ближайшем будущем метод моделей будет служить основным рабочим методом как в научной разработке проблем, так и в решении инженерно-технических задач.
7ДЛВЛ ОДИННЛДидтЛЯ МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В изучении процессов теплопередачи опыт имеет решающее значение. Поэтому знание методов экспериментального изучения так же необходимо, как и знание основных законов. Полное описание всех методов является предметом специальных руководств'. Здесьже рассматриваются лишь те из основных методов, которые применяются при лабораторном изучении вопросов теплопередачи.
45. МЕТОДЫ НАБЛЮДЕНИЙ И ИЗМЕРЕНИЙ Из предшествующих глав известно, что теплопередача является очень сложным процессом. Это обстоятельство должно учитываться при постановке люоого эксперимента; каждое составляющее явление должно быть изучено и соответствующим образом измерено по возможности независимо от других. Если же задачей исследования является какое- либо одно явление, то опыты надо ставить так, чтобы влияние других явлений, сопутствующих изучаемому, было пренебрежимо мало или могло быть учтено на основе независимых измерений. Все детали эксперимента должны быть тщательно продуманы ззранее.
При этом метод исследования, а также способы измерения и обработки результатов, выбираются в соответствии с поставленной задачей и требуемой точностью. Ь Исследование характера движения жидкости. При изучении процессов теплопередачи в большинстве случаев необходимо параллельное исследование характера движения жидкости. Качественное исследование обычно сводится к наблюдению траекторий движения, мест образования вихрей, мертвых мешков и отрыва струй. Для подкрашивания воды т См., например, елелуюптие работы 121, 34, Зй, 42,43,57, 77а,85,871.
25 М. А. Михеев. МЕТОДЫ ИЗЕЧЕНИЯ ТЕПЛОПЕРЕДЕЧИ может быть применен раствор анилиновой краски или нигрозина, а для газов — табачный дым. Если движение жидкости сопровождается изменением плотности, то для наблюдения может быть использован оптический метод точечного света; при этом в качестве источника может быть применена вольтова дуга [34). Фиксация наблюдаемой картины движения производится путем зарисовки (см. фиг.
167, 169) и фотографирования. Скорость движения жидкости обычно измеряется трубкой Прандтля, которая устанавливается строго по направлению движения. Гидравлическое сопротивление определяется по замерам перепада статического давления. Отбор давления при этом производится через небольшие, просверленные строго перпендикулярно отверстия в стенке, вдоль которой движется жидкость, илн с помощью специальных трубок.
Изучение степени перемешиваиия или турбулентности потока проще и правильнее всего производится путем добавки какого-либо вещества с последующим анализом его содержания в различных точках потока. В качестве добавки обычно используется СО, или раствор гипосульфита [5).
2. Измерение температуры. Измерение температуры производится с помощью ртутных термометров, термопар и болометров (термометров сопротивления). Применение того или иного способа измерения определяется условиями эксперимента; в большинстве случаев применяются термопары, из них наиболее ходовыми являются медь-коистантановые, железо-константановые и никель-нихромовые при диаметре проволок от 0,1 до 0,5 шг. Изготовлять термопары и градуировать их лучше всего самим, необходимый для этого навык приобретается очень скоро. 1роволока для термопар должна быть высшего качества, желательно в двойной изоляции. Перед изготовлением термопар проволоку необходимо нагреть и некоторое время выдержать при наивысшей из предполагаемых в работе температур, а затем медленно охладить. При изготовлении термопар проволоку, между собой надо сваривать в газовом пламени, с помощью электрической искры или электролитической дуги.
В последнем случае насыщенный раствор нашатыря является одним полюсом, а свариваемая термопара другим Таким образом, можно сварить термопару из проволоки любой толщины, спай получается прочным и чистым. Градуировка термопар производится по точкам плавления и кипения химически чистых веществ и металлов или путем сравнения с эталонной термопарой или эталонным термометром в электрической печи нли масляной ванне. Электродвижущая сила термопар измеряется либо милливольтметром, либо компенсационным способом с помощью потенциометра или схемы Линдека [77а].
5 481 пагоды нлглюдгниа и нзмгргння 307 Выбор способа измерения температуры определяегся пределами и точностью измерения. Точность и надежность измерения в основном зависят от способа установки приборов в местах измерения. При измерении температуры газовой среды необходимо иметь в виду излучение окружающих поверхностей; чтобы снизить его влияние, необходимо принимать особые предосторожности (экранирование термопары, ее подогрев, отсасывающие термопары и др.). Кроме того, в движущей среде температура по сечению неодинакова. Поэтому при измерении средней температуры перед местом измерения жидкость должна перемешиваться.
Большие трудности возникают и при точном измерении температуры поверхности. В этом случае спай термопары надо заделать заподлицо с поверхностью и конец ее длиной 50 — 80 мм разместить в канавке по изотерме. 8. Измерение количества тепла. В опытах по теплопередаче необходимы измерения количества тепла. Методы измерения различны в зависимости от того, какие способы применяются для нагревания иссл "дуемого тела. При нагревании конденсирующимся паром количество тепла определяется из следующего соотношения: 6 ~Г г ср (1» 1» )] ккал/час где 6 — расход конденсата, кг)час; г — теплота парообразования, ккал~кг; 1„— начальная температура пара, который должен быть несколько перегрет, "С; г, — температура насыщения (конденсации), 'С; с — теплоемкость перегретого пара в интервале температур от 8, до 1„, ккал/кг 'С.
Для определения 6 получающийся конденсат собирают и взвешивают; температуру конденсации 1, определяют по давлению пара. При обогреве конденсирующимся паром температура поверхности нагрева практически одинакова во всех точках. При нагревании или охлаждении жидкостей или газов количество отданного или полученного тепла можно определить по изменению их теплосодержания. Для этого необходимо точно замерить расход жидкости и изменение ее температуры.
Тогда 6ср ч1 ккал]час, где 6 — количество протекающей жидкости, кг~час; ср — ее теплоемкость, кнал]кг'С; ог †изменен температуры, 'С. 11ктодн изичения тсплопв1'едю1и 1!л 11 Для точного замера величины а1 можно применять дифференциальную гипертермопару, составленную путем последовательного соединения 5 †термоэлементов. Самое простое и точное измерение количества тепла получается при нагреве тела электрическим током. Если внутри исследуемого тела поместить электрический нагреватель и пропускать через него ток, то согласно закону Джоуля- Ленца имеем: Я =А12Й= 0,861%= 0,861 ЬЕ ккал1час; здесь 1 — сила тока, и; Ь Е вЂ” падение напряжения, в; Й вЂ” электрическое сопротивление нагревателя, ом; А =0,86 †теплов эквивалент, икал/втч.
Следовательно, в этом случае необходимо измерять только силу тока и падение напряжения; в нагревателе обе эти величины можно измерять с большой точностью. Именно этим и обусловливается широкое применение в экспериментах электрического нагрева. При равномерном размещении нагревателя по поверхности обеспечивается и равномерное выделение количествз тепла. В одних случаях это обстоятельство является положительным, в других, наоборот, отрицательным фактором, При охлаждении поверхности нагрева текущей жидкостью теплопередача в направлении течения уменьшается. Так как выделение тепла по длине одинаково, то это вызывает неравномерное распределение температуры по по- поверхности, что связано с некоторыми осложнениями в измерениях и расчетах.
Равномерную температуру с электрическим нагревом можно получить, применяя пароэлектрический калориметр. 11 запаянную трубку, заполненную наполовину водой, помещается электрический нагреватель. Вода нагревается до кипенна, образующийся пар конденсируется в верхней половине трубки и стекает вниз. Температура насыщения при этом определяется по давлению внутри трубки. Количество выделенного тепла определяется по расходу электрической энергии, который при наличии охлаждения устанавливается таким, чтобы давление внутри трубки оставалось постоянным 46. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ И ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ Большинство методов определения коэффициентов теплопроводности материалов основано на стационарном режиме — это метод плиты, метод трубы и метод ишра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
