Ксенфонтов_Лабораторный практикум_РИКНУ (831910)

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

Текст из файла

Московский государственный технический университетимени Н.Э. БауманаЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО КУРСУ«РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕНАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ»Под редакцией А.Г. КсенофонтоваМоскваИздательство МГТУ им. Н.Э. Баумана2011УДК 621.365:669.041ББК 31.292-5Л12Рецензент Н.М. АлександроваЛабораторный практикум по курсу «Расчет и конструироЛ12 рование нагревательных устройств» : метод. указания /А.Ю. Ампилогов, А.А. Горничев, В.И. Гришин, А.Г. Ксенофонтов, А.Е.

Хрулев. – М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана,2011. – 45, [3] с. : ил.Лабораторный практикум знакомит студентов с современнымиметодами анализа распределения температур в низкотемпературныхшахтных электрических печах сопротивления. Рассмотрены вопросысложного теплообмена при нагреве и охлаждении твердых тел.Для студентов, обучающихся по специальности «Материаловедение (в машиностроении)».Рекомендовано Учебно-методической комиссией факультетаМТ МГТУ им. Н.Э. Баумана.УДК 621.365:669.041ББК 31.292-5 МГТУ им. Н.Э.

Баумана, 2011РАБОТА № 1. ИССЛЕДОВАНИЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРВ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ШАХТНОЙЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕЧИ СОПРОТИВЛЕНИЯПродолжительность работы – 4 чЦель работы – исследовать распределение температур в электропечи при естественной и вынужденной циркуляции воздуха;сравнить скорость и равномерность нагрева загрузки и в обоихслучаях определить коэффициент теплоотдачи конвекцией.1. Теоретическая частьНизкотемпературными являются печи с рабочей температуройдо 700 °С. В таких печах осуществляются процессы нагрева подтермическую обработку и обработку давлением цветных металлови сплавов и некоторые другие процессы. Низкотемпературные печи отличаются от средне- и высокотемпературных печей тем, чтоосновная доля теплоты передается нагреваемым изделиям путемконвекции [1–6].Тепловой поток (в Вт), передаваемый конвекцией, определяется по формуле Ньютона – РихманаQк   к tср  tст  Fк ,(1.1)где Fк – площадь поверхности конвективного теплообмена; tср –температура среды, отдающей теплоту; tст – температура стенки,получающей теплоту; αк – коэффициент теплоотдачи конвекцией.3Различают естественную (свободную) и вынужденную (принудительную) конвекцию.

Естественная конвекция вызвана градиентами температуры и плотности среды, а вынужденная конвекция –внешними механическими воздействиями на среду, например насосами, вентиляторами.При малых скоростях среды ее движение имеет ламинарныйхарактер, а при больших – турбулентный.Конвективный теплообмен описывается системой дифференциальных уравнений энергии Фурье – Кирхгофа и условиями однозначности. Аналитическое решение этих уравнений вызываетбольшие трудности, поэтому расчет конвективного теплообменабазируется на экспериментальных результатах.С помощью теории подобия из дифференциальных уравненийконвективного теплообмена получены числа подобия – комплексыфизических величин, входящих в уравнения и условия однозначности.Уравнения подобия, определяющие коэффициент αк, имеют видNu = f(Gr, Pe, Re),(1.2)где Nu – число Нуссельта;Nu Gr к l; срl 3 g t2(1.3);(1.4)Pe l;aср(1.5)Re l,(1.6)где l – определяющий размер (длина стенки, диаметр трубы и т.

п.), м;λс – теплопроводность среды, Вт/(м·К); Gr – число Грасгофа; β –температурный коэффициент объемного расширения среды, 1/К; g –ускорение свободного падения, м/с2; Δt = tср – tст; ν – кинематическая вязкость среды, м2/c; Pe – число Пекле; ω – скорость среды,4м/с; aс – температуропроводность среды, м2/с; Re – число Рейнольдса.Число Пекле может быть представлено в видеPe l  Re  Pr, aс(1.7)Pr   aс .(1.8)где Pr – число Прандтля,Тогда формула (1.2) может быть записана в видеNu = f(Gr, Pr, Re).(1.9)При естественной конвекции выражение (1.9) принимает видNu = f(Gr, Pr).(1.10)Для газов одинаковой атомности (например, для воздуха), гдеPr = idem, выражение (1.10) принимает видNu = f(Gr).(1.11)Число Прандтля для большинства газов незначительно изменяется с изменением давления и температуры, поэтому при расчетахможно пользоваться следующими данными:Атомность газа …………… 1Pr …………………………...

0,6720,7230,8041,00При вынужденной конвекции и турбулентном режиме движения среды уравнение (1.9) принимает видNu = (Re, Pr),(1.12)а для газов с одинаковым атомным числом – видNu = f(Rе).(1.13)5Определение коэффициента αк при естественной конвекции. Обработкой в числах подобия большого числа экспериментовполучены зависимости, позволяющие определить средние значения коэффициента теплоотдачи при свободном обтекании твердыхтел жидкими или газообразными средами.Тела с вертикальными цилиндрическими или плоскимиповерхностями. Ламинарное движение любой текучей средыосуществляется при 103 < (GrPr)ср < 109;Nuс = 0,76 (GrPr) 0,25(Prс/Prст)0,25,с(1.14)турбулентное движение – при (GrPr)с > 109;Nuс = 0,15 (GrPr)0,33(Prс/Prст)0,25.с(1.15)В формулах (1.14) и (1.15) в качестве определяющего размераберется высота поверхности h, а в качестве определяющей температуры, по которой выбираются физические параметры средыи вычисляются числа Grс и Prс, – температура среды вдали отстенки tс.Параметр (Рrс/Рrст)0,25 в формулах (1.14) и (1.15) учитываетнаправление теплопередачи от твердого тела к среде или наоборот и температурный перепад между стенкой и средой (для газов Prс/Prст = 1).Горизонтальные трубы, стержни, прутки проволоки в условиях свободного движения среды.

В этом случаеNuс = 0,5(GrPr) 0,25(Prс/Prст)0,25.с(1.16)За определяющий размер здесь берется диаметр d трубы,стержня или прутка.Замкнутые объемы, прослойки. В прослойках, заполненныхжидкостью или газом, при различных температурах стенок возникает циркуляция среды.Теплоотдача от более нагретой стенки к менее нагретой стенкезависит от свойств среды, заполняющей прослойку, температурысреды, разности температур стенок, формы и размеров замкнутогообъема, а также от взаимного расположения горячей и холоднойстенок.6В практических расчетах для определения потока Qк в прослойках применяется формула, описывающая теплопередачу теплопроводностью через плоскую однородную стенку:Qк =tст1  tст2,Sпр  экв(1.17)где tст1 и tст2 – температуры горячей и холодной стенок, °С; Sпр –толщина прослойки, м; λэкв = εк λс – эквивалентная теплопроводность прослойки, учитывающая перенос теплоты конвекцией итеплопроводностью, Вт/(м2·К); εк = f(Gr·Pr)c – поправочный коэффициент, отражающий влияние конвекции на теплопроводность; λс –теплопроводность среды при температуре tс; tс = (tст1 + tст2) / 2 –определяющая температура стенки.При (Gr·Pr)ср < 103 коэффициент εк = 1 и передача теплотыосуществляется только теплопроводностью.При 103 < (GrPr)ср < 106 коэффициентεк = 0,105 (GrPr) 0,3сp ;(1.18)при 106 < (GrPr)ср < 1010 коэффициентεк = 0,4 (GrPr) 0,2сp .(1.19)Формулы (1.18) и (1.19) применимы к прослойкам любых форм –к вертикальным, горизонтальным, плоским, кольцевым, сферическим и другим прослойкам.В качестве определяющего размера при вычислении числаГрасгофа берется толщина прослойки Sпр.Определение коэффициента αк при вынужденном движении среды.

В зависимости от конфигурации твердого тела, скорости и характера движения среды, а также физических свойств среды уравнения подобия теплообмена при вынужденном движениисреды различны.Ламинарное движение среды имеет место при Reс ≤ 2300. Дляпластин Reс ≈ 105.При обтекании пластины газами1/31/3Nuср = 0,67Pr 1/3с Pr с Re с .(1.20)7При движении среды в круглом прямом канале (в трубе) длиной l и диаметром D (для некруглых каналов принимается эквивалентный диаметр Dэкв = 4f/П, где f – площадь сечения; П – периметр сечения) и при PeсD/l >12Nuс = 1,61 (PeсрD/l)1/3;(1.21)Если PeсрD/l  12, тоNuс = 3,66.(1.22)При движении среды в плоской щели шириной δ, длиной l ипри Peсδ/l >70Nuс = 1,85 (Peс2δ /l)1/3.(1.23)Если Peсδ/l  70, тоNuс = 7,6.(1.24)Турбулентное течение (Re > 5000).

Для прямой трубы диаметром D и длиной l при l/D ≥ 50 и 0,6 < Pr < 1000,8Nuс = 0,023Pr 0,4с Re с .(1.25)Для кольцевой щели с определяющим размером δ′ = D2 – D10,80,25Nuс = 0,015Pr 0,4.с Re с (D2 – D1)(1.26)Для изогнутой трубы или змеевика (Re > 2300 + 10,5 d/R, где d –диаметр трубы; R – радиус скругления трубы)0,8Nuс = εR0,023Pr 0,4с Re с ,(1.27)где εR = 1 + 1,8 d/R.При обтекании пластины средой с Pr ≥ 0,5:0,8Nuс = 0,035Pr 1/3с Re с .При обтекании пластины воздухом8(1.28)Nuс = 0,032Re 0,8с ;(1.29)В случае поперечного обтекания одиночного стержняRe сm .Nuс = сPr 0,35с(1.30)Значения коэффициентов c и m выбираются в зависимости отформы сечения стержня (табл. 1.1).Таблица 1.1Форма сечения стержняКругКвадратПрямоугольникRecm0,1..4,04,0…50,0102…1035·103…5·1042,5·103…8·1035·103…1·1054·103…1,5·1040,9900,8600,6650,2200,1800,1040,2320,3050,4100,4700,6000,6990,6750,731При обтекании сферического тела в случаях 0,3  Re  3105 и0,6  Pr  8103Nuс = 2 + 0,03Re0,54Pr0,330,35Re0,58Pr0,356.(1.31)За определяющий размер принимается диаметр шара.

Если тело не сферическое, то принимается эквивалентный диаметрDэкв =36V,(1.32)где V – объем тела, м3.2. Описание экспериментальной установкиЭксперименты проводятся на установке, сконструированнойна базе лабораторной печи СШОЛ-1.1,6/12-М3. Мощность печи92,5 кВт, напряжение в сети переменного тока 220 В. Схема установки приведена на рис. 1.1. Температура кожуха (наружнойстенки) печи измеряется термопарой Т1. В рабочем пространстверасположено шесть термопар. С помощью термопар Т2–Т4 определяется перепад температур между внутренней стенкой печи исадкой. Термопары Т5–Т7 определяют распределение температурвнутри садки по вертикальной оси.Рис.

1.1. Схема экспериментальной установки (для работы № 1):1 – кожух; 2 – футеровка; 3 – керамический муфель; 4 – нагреватель; 5 – вентилятор; 6 – электродвигатель; 7 – крышка; 8 – садка (l = 100 мм, d = 50 мм)103. Содержание работы3.1. Экспериментальная частьОзнакомиться с конструкцией печи.Подготовить табл.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов книги