Диссертация (1025437), страница 13

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 13)

А такжепроводили визуальный осмотр и вспомогательные замеры с целью проверки,равномерности роста слоя водного льда, по сечению (Рисунок 3.16.).Рисунок 3.16. Фотография перпендикулярного разреза трубчатого льдаизвлеченного из ледоформы.93Серия экспериментальных исследований производилось для следующихусловий теплообмена:– температура воды внутри опытного элемента tводы 0 ;– температура охлаждающей среды (воздуха внутри холодильной камеры)tх= – 13 ;– скорость потока воздуха около опытного элемента Vх=14 м/с– время проведения опыта τ=25 мин.3.3. Намораживание водного льда на внешней поверхности трубыОписание экспериментального стендаСхема экспериментального стенда для изучения динамики роста слояводного льда на внешней поверхности трубы представлена на Рисунке 3.17.Рисунок 3.17.

Принципиальная схема экспериментального стенда дляизучения динамики роста слоя водного льда на внешней поверхноститрубы.1 – стеклянная колба; 2 – труба; 3 – центробежный насос; 4 –теплообменный аппарат; 5 – теплоизолированный бак; 6 – стойка длякрепления средств измерения; 7 – линейка 8 – датчик температур.94Экспериментальный стенд представляет собой, заполненную водой,стеклянную ванну 1 объемом 60 л, с закрепленной внутри неё медной трубой 2,диаметром 7/8´´, толщиной 1 мм и длинной 1 м. Внутрь трубки с помощьюцентробежного насоса 3 (Рисунок 3.18) из теплообменного аппарата 4 подаетсяхладоноситель (этиловый спирт) с отрицательной температурой. Проходя потрубе 2, хладоноситель отепляется и возвращается в теплообменный аппарат 4,находящейся в теплоизолированном баке 5 (Рисунок 3.19), где вновьохлаждается за счет воздействия на него (через поверхность теплообмена)охлаждающей среды, представляющей собой смесь этилового спирта с твердойуглекислотой.

Опытная установка оснащена средствами измерений: линейкой7, закрепленной на стойке 6, для определения толщины слоя водного льда,образующегося на трубе 2. А так же термопарными датчиками температур,подключенными к восьмиканальному цифровому приемнику преобразователютемператур ОВЕН 8,для измерения температуры поверхности трубы,температуры хладоносителя в теплообменном аппарате и датчиками дляизмерения температурного распределения в слое намороженного льда.абРисунок 3.18. Фотография центробежного насоса GRI 14518-001, смагнитной муфтой. а – вид сбоку; б – со снятым направляющимаппаратом.95Рисунок 3.19. Фотография теплоизолированного бака с теплообменнымаппаратом, вид сверху.Внешний вид установки представлен на Рисунке 3.20.абРисунок 3.20.

Фотография опытного стенда для изучения динамики ростаслоя льда на внешней поверхности трубы. а – вид спереди; б – вид сбоку96Методика проведения опытного исследованияПеред началом эксперимента в стеклянную колбу 1 (Рисунок 3.17)заливалась вода, взятая из водопроводной сети, температура воды измерялась спомощьютермопарногодатчикатемпературнапротяжениивсегоэксперимента.В теплоизолированный бак 5 заливалась смесь этилового спирта ствердой углекислотой, атеплообменный аппарат 4 наполнялся этиловымспиртом (хладоносителем), температура которого определялась с помощьюдатчикатемператур,иподдерживаласьпостояннойвовремявсегоэксперимента.

После охлаждения хладоносителя, внутри теплообменногоаппарата, до заданной температуры производился запуск центробежного насоса3, и включался секундомер. В ходе опыта снимались следующие данные:температура хладоносителя, температура воды, температура поверхностистенки трубы, температуры внутри слоя водного льда (на расстоянии 4 мм и 8мм от поверхности трубы), а так же толщина слоя льда, которая определяласьвизуально, с помощью, закрепленной на стенде линейки Рисунок 3.21.Рисунок 3.21. Фотография намороженного в ходе эксперимента слояводного льда на наружной поверхности трубы.97В рамках опытного исследования динамики роста слоя водного льда навнешней поверхности трубы было проведено две серии опытов для следующихусловий теплообмена:Серия опытов №1– температура воды в колбе tв=9,7 ;–температурахладоносителяtх – 19,5 ;– время проведения опыта τ=40 мин.Серия опытов №2– температура воды в баке tв= 5,5 ;–температурахладоносителяtх – 18 ;– время проведения опыта τ=50 мин.3.4.

Оценка погрешности экспериментаПолучаемые в ходе опыта физические величины всегда имеют некоторуюпогрешность, т.е. не являются абсолютно точными. Вследствие этого, одной иззадач экспериментального исследования является определение погрешностиполученных эмпирических данных [83].Во время проведения опытного исследования по намораживанию водногольда на внешней поверхности трубы, определялись следующие параметры:температура, толщина слоя водного льда, время.

Для снятия вышеуказанныхпараметров использовалось следующее измерительное оборудование:– термопарные датчики температур типа ДТПL011-0.5/1.5.;– цифровой приемник преобразователь температур ОВЕН УКТ38-Щ4;– линейка;–секундомер.При определении погрешности сложных средств измерения, необходимоучитывать погрешности его отдельных элементов. Причем общая погрешностьсложного измерительного прибора определяется из выражения [84]:98 in(3.1)ii 1где δΣ – общая погрешность измерительного прибора, δi – погрешностьотдельного элемента измерительного прибора.Погрешность при измерении температуры складывается из погрешностицифрового преобразователя температур ОВЕН УКТ38-Щ4 и погрешноститермопарного датчика температур (с учетом точности тарирования).

Цифровойпреобразователь температур ОВЕН УКТ38-Щ4 имеет цену деления 0,1иработает в диапазоне от -50 до +200 . Погрешность измерения цифровогопреобразователя температур ОВЕН УКТ38-Щ4, согласно его паспортнымданным, составляет δТ1 ± 0,5%. Погрешность термопарного датчика температурсогласно его паспортным данным составляет 0,1 , а с учетом точности приградуировки 0,2 .приведенную погрешность датчика температур можноопределить по соотношению (3.2).i X 100%X(3.2)где: ΔX – точность измерения величины, X – верхний предел измерения даннойвеличины.Исходя из этого, приведенная погрешность термопарного датчикатемператур составляет δТ2 ± 1%.Общаяприборнаяпогрешностьизмерениятемпературы,согласноуравнению (3.1) составляет δТ ± 1,12%.При измерении толщины слоя намороженного льда использовалосьлинейка с измерительной шкалой, с ценой деления 1 мм, погрешностьизмерения которой можно принять как половину наименьшего деления [85],другими словами точность измерительного прибора составляет 0,5мм.

Согласноуравнению (3.2) приведенная погрешность измерения толщины составляетδД ± 3,85%.99Для измерения времени в ходе эксперимента использовался секундомер,приборная погрешность которого составляет 0,1сек., принимая во вниманиепродолжительность проведения опыта, значение приведенной погрешностиизмерения времени составляет менее 0,01%, и ей можно пренебречь.Общая приборная погрешность эксперимента определяется путемсложения по квадратичному закону (3.1), и для данного случая имеет вид: Э  δТ2  δ2Д(3.3)Таким образом согласно выражению (3.3) приборная погрешностьэксперимента составляет δЭ=4,01%, что для теплофизического экспериментаявляется допустимым.3.5.

Выводы по главе 31.Созданыэкспериментальныестендыдляизученияпроцессанамораживания водного льда на поверхности плоской изотермической стенки,внешней и внутренней поверхности трубы.2. Приведены методики проведения опытных исследований.3. Получены опытные данные по динамики роста толщины слоя водногольда на различных поверхностях (плоская стенка, внешняя и внутренняяповерхность трубы).4. Произведена оценка приборной погрешности опытного исследования.100ГЛАВА 4.

СОПОСТАВЛЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХИ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ.Данный раздел посвящен сопоставлению данных о динамики роста слояводного льда на различных поверхностях, полученных в ходе опытныхисследованийс расчетными данными, полученными по математическиммоделям, представленным в главе 2. Сопоставление необходимо для оценкиадекватности теоретических данных полученных по математическим моделям.4.1. Сопоставление экспериментальных и теоретических результатовпо намораживанию водного льда на поверхности плоской стенкеС целью проверки адекватности работы математической модели,уравнение (2.18), было проведено две серии опытных испытаний, описанных в3 главе.

При обработке опытных данных коэффициент теплоотдачи от воды кповерхности льда определялся по уравнению [86]:Nu  X(4.1)где: λ – коэффициент теплопроводности, X – характерный размер.Для случая горизонтальной пластины с обращенной теплопередающейповерхностьювниз,числоНуссельтаопределяетсяпоследующимсоотношениям [86]:– для ламинарного потока при 105<Ra<2∙107Nu  0, 27 Ra 0,25(4.2)– для турбулентного потока при 2∙107<Ra<3∙1010Nu  0,07 Ra1/3(4.3)Сопоставление опытной зависимости толщины слоя водного льда отвремени, с результатами теоретического расчета, представлены на Рисунках 4.1и 4.2.101ξ мм5045403530‐125‐22015105005101520253035404550556065τ минРисунок 4.1.

Зависимость толщины слоя водного льда от времени (1 серияэкспериментов). Температура стенки tc=–48,5 , температура воды tв=+7,8 ,коэффициент теплоотдачи от воды α=104 Вт/м2· . 1 – экспериментальныеданные; 2 – теоретический расчет.ξ мм35302520‐115‐210500510152025303540455055 τ минРисунок 4.2. Зависимость толщины слоя водного льда от времени (2 серияэкспериментов). Температура стенки tc=–39,4 , температура воды tв=+9,7 ,коэффициент теплоотдачи от воды α=132 Вт/м2· .

Характеристики

Список файлов диссертации