Диссертация (1141591), страница 12

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

Текст из файла (страница 12)

Снаружикабель покрыт водонепроницаемой оболочкой из кремнеорганическойрезины (Рисунок 63).97Рисунок 63 – Схема нагревательной ленты ЭНГЛ-1Нагревательный кабель был размещен с наружной стороны канала спомощью спиральной прокладки с шагом витка, равным 8 см и закреплен спомощью армированной самоклеющейся лентыЛАС-А (ТУ 1811-054-04696843-2012) (Рисунок 64). Для снижения тепловых потерь, снаруживентиляционного канала прокладывается теплоизоляционный слой, такимобразом, чтобы «холодный конец» кабеля оставался снаружи.Рисунок 64 – Фото экспериментальной установки. Слева: прокладкарезистивного греющего кабеля ЭНГЛ-1, справа: фиксация кабеля с помощьюармированной ленты ЛАС-АНагревательный резистивный кабель подключается к сети переменноготокачерезэлектронныйтерморегуляторАРТ-18-10Нсдиапазономрегулирования температуры от 0 до 120ºC и датчиком KTY-81-110 (Рисунок65).

Терморегулятор состоит из корпуса, на котором находятся шильдик,98оцифрованныйвдиапазонерегулированиятемпературы,ручкарегулирования температуры и индикаторные светодиоды. Внутри корпусанаходятся электронный блок и клеммники для подключения питающегонапряжения, датчика и нагрузки.ТермоэлектрическийдатчикKTY-81-11закрепляетсянаместеконтроля температуры – на внутренней поверхности вентиляционногоканала, между витками резистивной греющей ленты. Индикатор «НАГРЕВ»включается после подачи нагрузки терморегулятором в том случае, еслитемпература датчика ниже заданной.Придостижениизаданнойтемпературы,терморегуляторавтоматически выключит нагрузку и светодиод “НАГРЕВ” погаснет.Стандартная разница между температурами включения и выключения(гистерезис) составляет 2ºС.Рисунок 65 – Схема электронного терморегулятора типа АРТ-18-хН4.2 Методика проведения экспериментального исследования.Измерение скорости и температуры воздушного потока производятся спомощью многофункционального прибора Testo AG 435-4, оборудованногозондом с обогреваемой струной, характеристики которого представлены в99Таблице 9.

Модель внесена в Государственный Реестр Средств измеренийРФ.Таблица 9 – Характеристики многофункционального прибора Testo AG435-4, оборудованного зондом с обогреваемой струнойВнешний видПараметрЗначениеРазмеры220 x 74 x 46 ммДлина кабеля0,8 мДлина телескопическойрукоятки745 ммДиаметр зонда12 ммРабочая температура-20 ...

+50 ºCИзмерение температуры (сенсор NTC)Диапазон измерения-20 … +70 ºCтемпературыПогрешность измерения± 0,3 ºCтемпературыИзмерение скорости воздушного потока (сенсоробогреваемая струна)Диапазон измерения0 ... 20 м/сскорости±(0,03 м/с + 4 % от изм.Погрешностьзнач.)Экспериментальную модель необходимо устанавливать в помещении снизкой подвижностью внутреннего воздуха и устойчивой температурой.Кроме того, недопустимо присутствие нагревательных приборов, создающихсильные конвективные потоки вблизи опытного канала. При изменениитемпературы нагревательного кабеля необходимо дождаться наступлениястационарного режима, о котором свидетельствует постоянство условнойтемпературы на поверхности вентиляционного канала. После наступлениястационарного режима производится запись температуры воздуха впомещении и скорости движения воздуха на входе в вентиляционный канал в100контрольных точках (Рисунок 66).

Измерения проводились при температуревнутреннего воздуха в помещении tв=20ºC, tв=15ºC, tв=10ºC. В течениепоследующего времени проводятся повторные измерения с интервалом в 5минут. Время измерения в каждой точке составляло не менее 10 с.Исследование рассматриваемого режима нагрева считается завершеннымпосле того, как показания приборов на протяжении трех замеров остаютсяпримерно постоянными.Координатыточекизмерениясреднейскоростинавходеввентиляционный канал выбирались согласно [97]. Максимальное отклонениефактических координат точек измерения не должно превышать ± 10%.Рисунок 66 – Координаты точек для измерения скорости на входе ввентиляционный каналИзмерение температуры по высоте воздуховода проводилось длясистемы вентиляции с вертикальным нагревом канала совместно с отводом.Так как развитие конвективных струй у вертикальных стенок происходитнесимметрично, было принято решение определять температуру воздушногопотока для дальнейшего построения ее профилей в двух плоскостях,показанных на Рисунке 67.101Рисунок 67 – Плоскости для построения профилей температурыНаРисункетемпературы.Для68показаныконтролякоординатыусловнойточекдлятемпературынаизмерениястенкахвентиляционного канала перед каждым измерением производилась установкатермоэлектрического датчика KTY-81-110 на высоту рассматриваемогосечения.Рисунок 68 – Координаты точек для измерения температуры посечению вентиляционного каналаИзмерениетемпературывоздушногопотокаповысотевентиляционного канала проводилось по четырем контрольным сечениям(Рисунок 69).102Рисунок 69 – Контрольные сечения для измерения температурывоздушного потока4.3 Обработка и анализ экспериментальных данных.4.3.1 Результаты измерений средней скорости на входе ввентиляционный канал.Как показали результаты проведенных исследований, скорость навходе в вентиляционный канал зависит только от расчетной разницытемператур между внутренним воздухом в помещении и условнойтемпературой на внутренней поверхности вентиляционного канала.Рисунок 70 – Сравнение результатов численного моделирования иэксперимента.

Графики средней скорости потока на входе в вентиляционныйканал (Vо, м/с) в зависимости от расчетной разности температур (θ, °С) длявертикального и горизонтального нагрева103Рисунок 71 – Сравнение результатов численного моделирования иэксперимента. Графики средней скорости потока на входе в вентиляционныйканал (Vо, м/с) в зависимости от расчетной разности температур (θ, °С) длявертикального нагрева совместно с отводом при длине горизонтальногоучастка l  0,5 м и l  0 мПри расчетной разности температур θ > 20 °С при нагревевертикального участка вентиляционного канала (с отводом и без него)наблюдается постепенное увеличение расхождения результатов численногомоделирования и эксперимента (Рисунок 70 и Рисунок 71). Данное явлениесвязаностем,чтоприувеличениитемпературыкабелядостичьравномерного прогрева вентиляционного канала в реальных условияхдостаточно трудно, что особенно заметно при рассмотрении варианта снагревом вертикальной части воздуховода и отвода.

Степень равномерностипрогрева зависит от шага прокладки кабеля, фактического времени нагрева,степени прилегания нагревательного элемента к поверхности воздуховода, атак же качества тепловой изоляции. При этом максимальное отклонениеполученных результатов составляет 4,0%.104Для увеличения равномерности прогрева вентиляционного отводарекомендуется применение гибких нагревательных кабелей с высокойстепенью эластичности с минимальным шагом укладки, равным 60 мм.За счет того, что горизонтальная часть вентиляционного канала имеетменьшую длину, фактическое время прогрева воздуховода до расчетнойразницы температур θ =40 °С меньше, чем для нагрева вертикальной частиканалаиотвода.Приэтомрасхождениерезультатовчисленногомоделирования и эксперимента менее заметно и составляет не более 2,3 %.4.3.2 Результаты измерений температуры по высотевентиляционного канала.Температура воздуха увеличивается по высоте вентиляционногоканала.

В сечении 1 воздушный поток еще не успевает прогреться, и еготемпература примерно равна температуре внутреннего воздуха в помещении(Рисунок 72).Рисунок 72 – График изменения осевой температуры по высотевентиляционного каналаНаибольшее расхождение результатов математического моделированияи эксперимента составило 5,6%. При этом экспериментальные значенияосевой температуры в первом сечении во всех рассматриваемых случаях105оказались ниже расчетных, что связано с трудностями обеспеченияравномерного прогрева отвода вентиляционного канала (Рисунок 73).Рисунок 73 – Сравнение результатов математического моделирования иэксперимента при расчетной разности температур θ =10 °С4.3.3 Определение коэффициента конвективной теплоотдачи.В рассматриваемом конвективном течении можно выделить двеобласти:1.

Первая область – тонкий пограничный слой, располагающийся внепосредственной близости от рассматриваемой поверхности, в которомскорость течения возрастает от нуля до полного значения скорости вовнешнем потоке V , м/с [98].При этом градиент скорости, направленный по нормали к стенкеимеет достаточно большую величину (Рисунок 74), что связано созначительным влиянием вязкости на формирование пристенного течения.106Рисунок 74 – Схема конвективного потока у нагретой поверхностиТолщинапограничногослоязависитотформыиразмеровтеплоотдающей поверхности, а так же от скорости набегающего потока Vo ,м/с. При увеличении Vo толщина пограничного слоя уменьшается [99].2.

Вторая область – внешняя часть течения вне пограничного слоя, вкоторой поперечный градиент скорости гораздо меньше, чем внутри него.Так как силы трения в данной области малы по сравнению с силами инерции,ими можно пренебречь и применять для дальнейшего расчета уравнения,полученные для невязких течений.Впределахпограничногослоятеплотапередаетсяпутемтеплопроводности. Удельный тепловой поток, q , Вт/м2 , можно определитьиз уравнения Фурье [100]:q   (T) n 0 ,n(4.1)T- градиент температуры слоя воздушного потока, прилегающего кnнагретой поверхности, К;n - нормаль к поверхности нагрева; - коэффициент теплопроводности жидкости, Вт/(м∙К).С другой стороны, для рассматриваемого элемента поверхностиприменим закон Ньютона-Рихмана [101]:107q    (Tк  Tв ) ,(4.2)Tс - температура нагретой поверхности, К; - коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/(м2  К).Коэффициент конвективного теплообмена определяется главнымобразом толщиной и свойствами пограничного слоя, которые в свою очередь,зависят от параметров, характеризующих поток, движущийся вдоль нагретойповерхности [101].Критерийтеплоотдачи(критерийНуссельта),характеризующийотношение между интенсивностью теплоотдачи и температурным полем впограничном слое потока, определяем по формуле [102]:Nu  l(4.3)l - характерный размер, м.Так как конвективное движение воздуха происходит в канале, вкачестве характерного размера используем эквивалентный диаметр.Коэффициент конвективной теплоотдачи является сложной функциейразличных величин: физических свойств жидкости (газа), формы и геометриитеплоотдающей поверхности, ее температуры, а так же скорости потока.

Всвязи с вышесказанным, чаще всего коэффициенты теплоотдачи находятэкспериментальным путем.Восновном,вподобныхисследованияхнагревповерхностиосуществляется с помощью греющих кабелей [93, 103, 104], при этомпоследовательностьпроведенияэкспериментавыглядитследующимобразом:1. Определение суммарного теплового потока Q , Вт:QU2,RэU - электрическое напряжение, приложенное к участку, В;Rэ - электрическое сопротивление участка, Ом.(4.4)1082. Определение суммарной плотности теплового потока q , Вт/м2:qQ,F(4.5)F - площадь поверхности теплообмена, м2.3. Определение плотности теплового потока излучением q л , Вт/м2: Tср 4  Tокр 4 qл  Спр    , 100   100  (4.6)Спр - приведенный коэффициент излучения, Вт/(м2∙К4);Tср - средняя температура рассматриваемого участка, К;Tокр - температура окружающих поверхностей, К.4.

Характеристики

Список файлов диссертации