Главная Обратная связь

Дисциплины:






ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ



ДО ЛАБОРАТОРНИХ РОБОТ

З ДИСЦИПЛІНИ «ТЕПЛОТЕХНОЛОГІЧНІ ПРОЦЕСИ ТА УСТАНОВКИ»

для студентівза напрямом 6.050601 «Теплоенергетика»

 

Затверджено редакційно-видавничою

секцією науково-методичної ради ДДТУ

 

 

______ 2010 р., протокол № ____ від ____

 

Дніпродзержинськ


Методичні вказівки до лабораторних робот з дисципліни «Теплотехнологічні процеси та установки» для студентівза напрямом 6.050601 «Теплоенергетика»/ Укл. Долгополов I.C / Дніпродзержинськ, 2010. - 32с.

 

 

Відповідальний за випуск: Яловий M.I.,проф., д.т.н.

 

Рецензент: Количєв С.В., доцент, к.т.н.

 

 

Затверджено на засіданні кафедри теплоенергетики

 

/протокол № ____ від _____ 2010 р./.

 


ЗМІСТ

 

Стор.

 

Лабораторна робота №1 «Дослідження кінетики сушіння матеріалів»……..4

Лабораторна робота №2 «Дослідження енергетичної ефективності

сушарок»………………………………………….14

Лабораторна робота №3 «Дослідження гідравліки зваженого шару»……...19

Лабораторна робота №4 «Дослідження роботи теплообмінників»………...24

Перелік посилань……………………………………………………………....32


ЛАБОРАТОРНА РОБОТА

"ДОСЛІДЖЕННЯ КІНЕТИКИ СУШІННЯ МАТЕРІАЛІВ"

Мета лабораторної роботи:

1. Вивчити процес конвективного сушіння матеріалу.

2. Побудувати криві сушіння та швидкості сушіння.

3. Розрахувати необхідний час сушіння при заданому кінцевому вологовмісті матеріалу, спів ставити розрахункову і експериментальну тривалість сушіння.

4. Визначити показники витрат енергії на сушіння матеріалу у сушарці.

 

 

1.ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

Конвективне сушіння матеріалів здійснюється шляхом безпосереднього контакту матеріалу, що висушується, з сушильним агентом, у якості якого найчастіше використовується нагріте в калорифері атмосферне повітря (або топкові гази в суміші з повітрям).

Сушильний агент відіграє роль тепло- і вологоносія, передаючи матеріалові теплоту та приймаючи від нього вологу Висушування (зневоднювання) матеріалу складається з трьох основних етапів:

1) пароутворення на поверхні матеріалу під впливом теплоти принесеної сушильним агентом;

2) переміщення водяної пари від поверхні матеріалу в навколишнє середовище під дією рушійної сили,яка дорівнює різниці парціальних тисків водяної пари в примежовому повітряно-паровому шарі (на поверхні матеріалу) і в навколишньому повітряному середовищу, де знаходиться матеріал;

3) переміщення вологи з середини матеріалу, що висушується, у напрямку до його поверхні, відбувається під впливом рушійної сили, якою є різниця концентрацій вологи в різних місцях об’єму матеріалу.



Швидкість сушіння матеріалу визначається зменшенням вологості матеріалу dw0 за нескінченно малий проміжок часу dt , тобто:

 

(1)

 

і залежить від форми зв'язку вологи з матеріалом та механізму переміщення вологи у матеріалі. Зміна в часі вологи матеріалу, віднесеної до кількості абсолютно сухих речовин (вологовміст wс) ілюструється звичайно кривою сушіння, яку будують на основі експериментальних даних (рис. 1). Як видно з цього рисунка, після невеликого проміжку часу t0 – періоду підігріву матеріалу, протягом якого вологовміст практично не змінюється, настає період постійної швидкості сушіння 1(1-й період). Вологовміст матеріалу зменшується досить інтенсивно за прямолінійним законом до досягнення першого критичного вологовмісту до wcк (критична точка К), після чого починається період спадної швидкості сушіння, обумовлений часом t2 (2-й період). Наприкінці другого періоду вологовміст матеріалу асимптотично наближається до рівноважного wрс.

У перший період сушіння фактори, шо визначають швидкість сушіння, - це параметри сушильного агенту (температура, швидкість). У другому періоді швидкість сушіння визначається швидкістю переміщення вологи із середині матеріалу до його поверхні і залежить, в основному, від вологопроводимості матеріалу, його вологовмісту та геометричної форми.

Звичайно швидкість сушіння в кожному періоді визначається методом графічного диференціювання кривої сушіння. Якщо на цій кривій (рис. 1) вимірити кути нахилу дотичних до неї, проведених у різних точках кривої, то значення tg z будуть дорівнюють похідним , тобто швидкостям процесу сушіння в даних точках. Відклавши на вісі ординат значення , а на вісі абсцис - відповідні значення вологовмісту wiс, у місцях перетинання відповідних значень абсцис та ординат одержимо низьку точок. Лінія, що проходить через ці точки, називається кривою швидкості сушіння (рис. 2). У періоді постійної швидкості сушіння ця лінія буде горизонтальною. У другому періоді вид кривих швидкості сушіння буде різним у залежності від матеріалу та форм зв'язку вологи в ньому.

Величини тривалості сушіння в першому і другому періодах визначаються за допомогою різних методів і рівнянь у залежності від структури, фізико-хімічних і теплофізичних властивостей матеріалу.

Розглянемо один з методів визначення тривалості сушіння матеріалу, запропонований О.В. Ликовим. Згідно з цим методом криву швидкості сушіння в другому періоді замінюють прямою, яка проводиться з точки wрс таким чином, щоб вона відтинула рівновеликі (заштриховані) площі з обох сторін основної кривої сушіння до перетину з лінією N=const. є точкою приведеного критичного вологовмісту матеріалу . В залежності від виду кривої швидкості сушіння у другому періоді сушіння точка перетину Кп може знаходитися вліво або вправо від критичної точки К, яку отримано в експерименті.

Тривалість сушіння в періоді постійної швидкості сушіння визначається за рівнянням

, (2)

 

де , – початковий і приведений критичний вологовміст матеріалу, %;

N – швидкість сушіння в першому періоді, % за хвилину; визначається за допомогою рис. 2.

 

в)
б)
а)

 

Рис.1 Крива сушіння а), лінія зміни температури матеріалу під час сушіння б) та крива швидкості сушіння в)

 

Тривалість сушіння в періоді спадної швидкості сушіння визначається за рівнянням

, (3)

 

де – заданий кінцевий вологовміст матеріалу, %;

– рівноважний вологовміст матеріалу, %.

 

 

Рис 2а. Криві швидкості сушіння у другому періоді сушіння

 

 

Рис 2а. Приклади визначення приведеної критичної швидкості сушіння у другому періоді сушіння

 

Відносна вологість сушильного агенту (повітря) у сушильній камері визначається по психрометричним таблицям для середніх значень температур сухого tc і мокрого термометрів tм при відомих значеннях швидкості руху сушильного агента в сушильній камері. У психрометричних таблицях відносна вологість повітря є функцією його температури tc та психрометричної різниці температури tc – tм.

 

ОПИС УСТАНОВКИ

 

Схему сушильної установки представлено на рис. 3.

 

 
 

 


 

 

Рис.3 Схема сушильної установки:

 

1 - сушильна шафа;

2 - вікно для завантаження вологого матеріалу;

3 - панель управління нагрівачами шафи та вентилятором;

4 - термометр

 

Установка складається із сушильної шафи 1, у сушильну камеру якої подається нагріте у калорифері повітря. Повітря в сушильну камеру подається вентилятором, з'єднаним з електродвигуном. Матеріал завантажується у сушильну камеру через вікно 2. Керування температури повітря та витрати повітря в сушильній камері здійснюється за допомогою тумблерів, розташованих на панелі управління нагрівачами шафи та вентилятором 3. Для виміру температури повітря в сушильній камері встановлено термометр 4.

Для визначення маси матеріалу в лабораторній роботі використовуються електронні ваги. Час визначення за допомогою годинника або секундоміру. Витрата електричної енергії на сушіння визначається лічильником електричної енергії та ватметром.

3. ХІД РОБОТИ

Для висушування використовуються наступні матеріали: силікагель, річковий пісок, вапняк, крейда, глина або харчові рослинні матеріали картопля, буряк, морква, насіння соняшника, зерно та ін.

Перед початком роботи підготувати установку: включити сушильну шафу і прогріти її протягом 15 хв. до настання стаціонарного режиму, що характеризується постійним значенням заданої температури і відносної вологості повітря.

Для підвищення репрезентативності результатів досліджень у роботі використовується метод усереднення результатів експерименту із залученням двох проб. Тому з матеріалу, який досліджується, відбирають дві проби (70 – 100г) у бюкси або іншу тару, попередньо визначивши масу кожної бюкси (тари). Масу матеріалу в бюксі (70-100г) взяти близькою одна одній. Визначити масу бюксів з пробами на електронних вагах, записати в таблицю 1 отримані дані та помістити ці бюкси в сушильну шафу, температура в якій підтримується постійною. Значення температури у сушильній шафі теж занести до таблиці спостережень. Після стабілізації режиму в установці відкрити дверцята сушильної камери і завантажити дві заповненні матеріалом. Зафіксувати час початку експерименту. Через кожні 5 хвилин досліджень визначати масу кожної бюкси. Після визначення їх маси кожну бюксу знову помістити в сушильну камеру. При цьому визначення маси бюкси треба провести протягом якомога меншого часу для зменшення похибки експерименту. Результати експериментальних даних занести в таблицю 1. Висушування припинити, коли маса матеріалу практично не буде змінюватися.

Одночасно з цими вимірами фіксувати температури сухого та вологого термометрів у сушильній камері для визначення вологості повітря в камері. Результати цих спостережень занести до таблиці 2 .

Для визначення витрати електричної енергії на сушіння необхідно записати показання лічильника електричної енергії в момент включення калориферу та вентилятора сушильної шафи на початку експерименту та після відключення сушильної шафи від мережі після закінчення експерименту. Одночасно записати показання ватметру в моменти визначення маси матеріалу та занотувати їх до таблиці 3.

Перед початком експерименту записати наступні дані.

Дата проведення експерименту …

Матеріал, кінетика сушіння якого досліджується - …

Маса бюксів без матеріалу (тара) Gб , г

1 – Gб1 = …

2 – Gб2 = …

Температура повітря в лабораторії, tо.с = … 0С

Відносна вологість повітря в лабораторії φв = …%

 

 

Таблиця 1.- Результати дослідження кінетики сушіння матеріалу

 

Час від початку експеріменту, хвилин Маса бюкси з матеріалом Gмі, г Зменшення маси проби, ΔGмі, г Маса вологи в матеріалі Gвол.і Вологовміст матеріалу, wc,%
проба проба проба проба
             

 

Таблиця 2 - Результати дослідження параметрів сушильного агенту – повітря у сушильній камері

 

  Час від початку експеріменту,ti хвилин   Температура повітря у шафі, 0С
сухого термометра, tc мокрого термометра, tм
   
   

 

 

Таблиця 3 - Результати дослідження енергетичних показників процесу сушіння матеріалу

 

  Час від початку експеріменту, хвилин   Поточне показання ватметру, Вт   Витрати електроенергіїї за показниками ватметру протягом експеріменту, кВт·год   Показання лічильника електро- енергії, кВт·год   Питомі витрати енергії на випарювання вологи з матеріалу за період,
       

 

 

4. ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ

Початкову вологість матеріалу визначаємо після висушування проби в сушильній шафі за формулою:

 

(6)
(4)

 

де – маcа бюкcи з матеріалом до сушіння, г;

– маcа бюкcи з матеріалом після висушування, г;

Gd – маcа бюкcи без матеріалу(тара), г.

Розраховану для кожної проби початкову вологість матеріалу (першої та другої ) усереднити за рівнянням (5) :

 

(5)

 

Визначити початкову масу вологи в матеріалі , що висушується, за залежністю (6) та масу абсолютно сухого матеріалу за рівнянням (7):

де , - початкові маси бюксів з матеріалом до сушіння, відповідно першої та другої, г.

Масу абсолютно сухого матеріалу знайдемо за рівнянням (7):

 

 

В подальшому при визначенні маси вологи в матеріалі керуватися такою методикою. Після визначення маси кожної бюкси у вказані позначки часу занотувати в таблицю показання ваг, розрахувати кількість видаленої вологи з кожної проби матеріалу, занести ці результати у колонку 4 таблиці 1. Далі визначити масу вологи, яка знаходиться у матеріалі на період часу ti, таким чином. При ti = 0; маса вологи в матеріалі . Для наступних відміток часу ti масу вологи розрахувати за залежністю

 

(8)

 

та результат занотувати у колонку 6 таблиці 1.

Визначити вологовміст матеріалу за формулою:

 

 

Занотувати отриманий результат у таблицю 1.

Занотувати всі необхідні дані у таблиці 2 та 3.

Побудувати криву сушіння по експериментальним даним. У визначеному масштабі відкласти по осі ординат вологовміст матеріалу в %, а по осі абсцис – час від початку дослідження в хвилинах. На кривій сушіння відзначити періоди постійної і падаючої швидкості і першу критичну точку К1.

За допомогою графічного диференціювання побудувати криву швидкості сушіння. Для цього на кривій сушіння намітити ряд довільних крапок (кількість їх може бути 6-8). З кожної крапки до кривої провести дотичну і визначити тангенс кута нахилу її до осі абсцис.

Отже, тангенс кута нахилу дотичної характеризує зміна вологовмісту за одиницю часу і відповідає швидкості сушіння матеріалу при вологовмісті точки С. Визначивши тангенс кута нахилу для інших точок, побудувати криву швидкості сушіння.

Розрахувавши по рівнянню (2) і (3) тривалість сушіння в періоді постійної t1 і падаючої швидкості t2, визначити загальну тривалість сушіння в хвилинах

(10)

 

Зіставити розрахований та експериментальний час сушіння.

Визначити питомі витрати енергії на сушіння в першому періоді сушіння. Для цього необхідно:

а) визначити витрату електричної енергії в першому періоді на основі показників лічильника або ватметру Еел;

б) визначити кількість вологи, що видалено з матеріалу у першому періоді W1;

в) знайти співвідношення , що визначає питомі витрати електроенергії на сушіння у першому періоді.

 

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

 

1. Що називається процесом конвективної сушіння матеріалу?

2. Дайте характеристику трьох етапів переміщення вологи матеріалу в процесі сушіння.

3. Що є рушійною силою переміщення водяної пари від поверхні матеріалу в навколишнє середовище?

4. Що є рушійною силою переміщення вологи усередині матеріалу?

5. Що характеризує крива сушіння?

6. Чому швидкість сушіння стала в першому періоді?

7. Чому швидкість сушіння зменшується в другому періоді?

8. Як можна розрахувати тривалість першого і другого періодів сушіння?


ЛАБОРАТОРНА РОБОТА

«ДОСЛІДЖЕННЯ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ СУШАРОК»

 

 

Мета лабораторної роботи

1. Вивчити процес сушіння матеріалу у сушарці надвисокої частоти (НВЧ).

2. Визначити витрати енергії на сушіння матеріалу та показники енергетичної ефективності сушарки НВЧ.

3. Провести співставлення показників енергетичної ефективності конвективної сушарки з лабораторної роботи1 « та сушарки НВЧ» .

 

1.ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

 

Висушування (зневоднювання) матеріалу у полі струмів надвисокої частоти відрізняється від конвективного сушіння.

При цьому виді сушіння внутрішні більш вологі шари нагріваються швидше ніж зовнішні. При цьому всередині матеріалу встановлюється більш висока температура, ніж на його поверхні. Під впливом температурного градієнту волога переміщується на поверхню матеріалу і далі в навколишнє середовище. Під дією цієї рушійної сили швидкість сушіння збільшується у десятки раз.

Швидкість сушіння матеріалу визначається зменшенням вологості матеріалу dw0 за нескінченно малий проміжок часу dt , тобто:

 

(1)

і залежить від форми зв'язку вологи з матеріалом та механізму переміщення вологи у матеріалі. Зміна в часі вологи матеріалу, віднесеної до кількості абсолютно сухих речовин (вологовміст wс) ілюструється звичайно кривою сушіння, яку будують на основі експериментальних даних.

 

ОПИС УСТАНОВКИ

 

У якості сушильної установки використовується НВЧ-піч «Електроніка».

Установка складається із сушильної камери 1. Матеріал завантажується у сушильну камеру через вікно 2. Керування НВЧ печі здійснюється за допомогою вимикача 3, розташованого на панелі управління 4.

На електронному табло встановлюється режим та час сушіння.

Для визначення маси матеріалу в лабораторній роботі використовуються електронні ваги. Час визначення за допомогою годинника або секундоміру. Витрата електричної енергії на сушіння визначається лічильником електричної енергії та ватметром.

 

 

 


 

 

 
 

 

 


Рис.3 Схема сушильної установки:

1 – НВЧ - піч; 2- дверцята; 3- клавіша відкривання печі;

4 - панель керування

 

Установка складається із НВЧ –печі. Під час роботи печі сушильна камера безперервно вентилюється. Матеріал завантажується у сушильну камеру через вікно 2. Керування сушильною камерою здійснюється за допомогою клавіш, що розташовані на панелі управління нагрівачами шафи .

Для визначення маси матеріалу в лабораторній роботі використовуються електронні ваги. Час визначення за допомогою годинника або секундоміру. Витрата електричної енергії на сушіння визначається лічильником електричної енергії та ватметром.

3. ХІД РОБОТИ

Для висушування використовуються наступні матеріали: силікагель, річковий пісок, вапняк, крейда, глина або харчові рослинні матеріали картопля, буряк, морква, насіння соняшника, зерно та ін.

Для підвищення репрезентативності результатів досліджень у роботі використовується метод усереднення результатів експерименту із залученням двох проб. Тому з матеріалу, який досліджується, відбирають дві проби (70 – 100г) у бюкси або іншу тару, попередньо визначивши масу кожної бюкси (тари). Масу матеріалу в бюксі (70-100г) взяти близькою одна одній. Визначити масу бюксів з пробами на електронних вагах, записати в таблицю 1 отримані дані та помістити ці бюкси в сушильну шафу, температура в якій підтримується постійною. Відкрити дверці сушильної камери і завантажити дві заповненні матеріалом проби. Зафіксувати час початку експерименту. Через кожні 5 хвилин досліджень визначати масу кожної бюкси. Після визначення їх маси кожну бюксу знову помістити в сушильну камеру. При цьому визначення маси бюкси треба провести протягом якомога меншого часу для зменшення похибки експерименту. Результати експериментальних даних занести в таблицю 1. Висушування припинити, коли маса матеріалу практично не буде змінюватися.

Для визначення витрати електричної енергії на сушіння необхідно записати показання лічильника електричної енергії в момент включення печі НВЧ на початку експерименту та після відключення сушильної шафи від мережі після закінчення експерименту. Одночасно записати показання ватметру в моменти визначення маси матеріалу та занотувати їх до таблиці 2.

Перед початком експерименту записати наступні дані.

Дата проведення експерименту …

Матеріал, кінетика сушіння якого досліджується - …

Маса бюксів без матеріалу (тара) Gб , г

1 – Gб1 = …

2 – Gб2 = …

Температура повітря в лабораторії, tо.с = … 0С

Відносна вологість повітря в лабораторії φв = …%

 

Таблиця 1.- Результати дослідження кінетики сушіння матеріалу у НВЧ сушарці

Час від початку експеріменту, хвилин Маса бюкси з матеріалом Gмі, г Зменшення маси проби, ΔGмі, г Маса вологи в матеріалі Gвол.і Вологовміст матеріалу, wc,%
проба проба проба проба
             

 

Таблиця 2 - Результати дослідження енергетичних показників процесу сушіння матеріалу у НВЧ-сушарці

 

Час від початку експери-менту, хвилин Поточне показання ватметру, Вт Витрати електроенергіїї за показниками ватметру протягом експерименту, кВт·год Показання лічильника електро- енергії, кВт·год Питомі витрати енергії на випарювання вологи з матеріалу,
       

 

 

4. ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ

Початкову вологість матеріалу визначаємо після висушування проби в сушильній шафі за формулою:

 

(6)
(4)

 

де – маcа бюкcи з матеріалом до сушіння, г;

– маcа бюкcи з матеріалом після висушування, г;

Gd – маcа бюкcи без матеріалу(тара), г.

Розраховану для кожної проби початкову вологість матеріалу (першої та другої ) усереднити за рівнянням (5) :

 

(5)

 

Визначити початкову масу вологи в матеріалі , що висушується, за залежністю (6) та масу абсолютно сухого матеріалу за рівнянням (7):

де , - початкові маси бюксів з матеріалом до сушіння, відповідно першої та другої, г.

Масу абсолютно сухого матеріалу знайдемо за рівнянням (7):

 

 

В подальшому при визначенні маси вологи в матеріалі керуватися такою методикою. Після визначення маси кожної бюкси у вказані позначки часу занотувати в таблицю показання ваг, розрахувати кількість видаленої вологи з кожної проби матеріалу, занести ці результати у колонку 4 таблиці 1. Далі визначити масу вологи, яка знаходиться у матеріалі на період часу ti, таким чином. При ti = 0; маса вологи в матеріалі . Для наступних відміток часу ti масу вологи розрахувати за залежністю

 

(8)

 

та результат занотувати у колонку 6 таблиці 1.

Визначити вологовміст матеріалу за формулою:

 

 

Занотувати отриманий результат у таблицю 1.

Побудувати криву сушіння по експериментальним даним. У визначеному масштабі відкласти по осі ординат вологовміст матеріалу в %, а по осі абсцис – час від початку дослідження в хвилинах.

На основі отриманих результатів зіставити час сушіння до однакової кінцевої вологості, питомі витрати електроенергії на сушіння.

Спостереження провести на матеріалах з різними формами зв’язку вологи ( задаються викладачем).

Результати занести у таблицю 3. Написати висновок по роботі..

 

Таблиця 3. Результати спостережень та розрахунків показників енергетичних витрат у конвективній та НВЧ-сушарці

 

  Вид сушарки   Час сушіння, хв.   Витрати електроенергіїї за показниками ватметру протягом експерименту, кВт·год   Показання лічильника електро- енергії, кВт·год   Питомі витрати енергії на випарювання вологи з матеріалу,
  Конвективна   НВЧ        

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

 

1. Що є рушійною силою переміщення водяної пари у матеріалі в НВЧ – сушарці?

2. З чим пов’язана висока швидкість сушіння?

3. Чим відрізняються криві кінетики конвективного сушіння та сушіння у НВЧ-печі?

4. Як залежить швидкість сушіння від висушуваного матеріалу?

 


ЛАБОРАТОРНА РОБОТА

“ДОСЛІДЖЕННЯ ГІДРАВІКИ ЗВАЖЕНОГО ШАРУ”

Мета лабораторної роботи:

I) ознайомитися з процедурою переходу зернистого матеріалу в псевдозріджений стан,

2) навчитися визначати основні гідродинамічні характеристики псевдозрідженого шарую /еквівалентний діаметр частинок, порозність, критичну швидкість і швидкість "кипіння", гідравлічний опір/.

1.ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

Псевдозріджений шар, тобто шар зважених у повітряному потоці твердих часточок, можна отримати, продуваючи повітря знизу нагору через розташований на ґратах шар досить однорідного по розмірах зернистого матеріалу. При досягненні визначеної швидкості повітря в апараті починається інтенсивний рух часточок матеріалу, що нагадує бурхливе кипіння.

Основні відомості по псевдозрідженому шарую приведені в [I]. Для гідравлічного розрахунку апаратів із псевдозрідженим шаром використовують емпіричні критеріальні залежності.

Найбільше поширення одержали залежності, що базуються на числі Рейнольдса:

, (1)

 

де Rеkp- критичне значення числа Рейнольдса, при якому зернистий шар переходить у легкорухомий зважений стан; rв - густина повітря, кг/м3, mв динамічна в'язкість повітря, Па с. Критичне число Рейнольдса можна визначити за формулою Тодеса:

(2)

Критерій Архімеда знаходимо за рівнянням

(3)

Якщо густиною повітря в порівнянні з густиною твердих часточок зневажити, отримаємо

(4)

Використовуючи приведені залежності з урахуванням критерію Ar можна по еквівалентному діаметрі часточок dэ, знаючи їхню густину rтввизначити значення Rе , а потім - швидкість повітря, при якій шар перейде в зважений стан.

Для розрахунків також застосовується графічна залежність між критеріями Лященко й Архімеда (Ly = f(Ar)) при значеннях порозності 0,4...1,0, що відповідає області існування зваженого шару шарових часточок [I].

Критерії Лященко має вид:

, (5)

де - фактична швидкість газу (повітря) м/с

Якщо , густиною повітря можна зневажити, цей вираз критерію спрощується6

(6)

Графік, приведений у [1], використовують у такий спосіб. Для зернистого шару експериментально визначають критичну швидкість wкр і по ній знаходять значення критерію Lу.

Використовуючи графік, за значенням при e= 0,4 визначають значення критерію Архімеда, з якого можна обчислити середній діаметр часточок.

По цьому ж графіку при e= I можна визначити граничне значення критерію Лященко і швидкість wун , при якій відбувається винесення часточок з шару.

 

ОПИС УСТАНОВКИ.

 

Основні елементи установки /рис. 1, 2/: I - циліндроконічний корпус апарата, 2 - шар матеріалу /силікагелю/, 3 - повітророзподільні ґрати, 4 - пилосос; 5 - трубка Піто, 6 - вольтметр, 7 - амперметр; 8 - тумблер; 9 - ЛАТР;

10 - сигнальна лампа; 11, 12 -u-образні манометри; 13 - розетка на 220 В.

Повітря на установку подається пилососом 4, включеним у режим нагнітання. Витрата повітря, що надходить на установку, виміряється за допомогою трубки Пито 5 і діфманометра 11. Перепад тисків у шарі виміряється за допомогою манометра 12.

Пилосос включається за допомогою вилки 14 у розетку 13.

Напруга на пилосос змінюється за допомогою ЛАТРу 9. Контроль за зміною напруги і струму на електродвигун пилососа здійснюється вольтметром 6 і амперметром 7.

 

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

 

1. Перед включенням тумблера 8 ЛАТР 9 поворотом ручки проти годинникової стрілки повернути в крайнє ліве положення.

2. Уключити шнур 14 пилососа в розетку 13.

3. Уключити шнур 15 у мережу.

4. Уключити тумблер 8, при цьому займе лампочка 10.

5. Плавним обертанням ручки ЛАТРа 9 збільшувати напругу на електродвигун пилососа 4. При цьому збільшується витрата повітря, що йде на камеру I. Необхідно робити східчасту подачу повітря, причому зміна тиску на першій ступені не повинна перевищувати 70...80 Па /7...8мм вод.ст./. Потім, поступово змінюючи на 30...50 Па тиск повітря, домогтися режиму повного псевдозрідження.

Експериментальні дані заносять у табл.1.

 

Таблиця I – Експериментальні дані

Номер досліду Показник дифманометра, DRg, Па Гідравлічний опір слою DRсл, Па Характерний стан слою

 

Гідравлічний опір шарувизначають за показниками дифманометра 12. Витрату повітря обчислюють за допомогою показань дифманометра 11 ΔРд по формулі

,

де V- об'ємна витрата, м3/з, F- площа перетину трубі в місці установки трубки Пито, м2; діаметр труби d= 27,0мм /у місці установки трубки Пито/.

Швидкість повітря wф розраховують на підставі відомої витрати повітря і площі перетину установки в місці установки повітророзподільних ґрат /d=50,6 мм/. Результати заносять у табл. 2,

Таблиця 2

Номер досліду Витрата повітря, м3 Швидкість повітря wф , м/с
   

 

4. ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ІСПИТІВ

 

1. Виміром розміру десяти зерен силікагелю визначають середньоарифметичний діаметр. Для часток кулястої форми це буде еквівалентним діаметром.

2. По рівнянню (4) визначають критерій Ar, а потім по формулі (2) обчислюється значення Rекр з якого, використовуючи (I) знаходять критичну швидкість повітря wкр , при якій зернистий шар переходить у зважений стан.

3. За даними граф 2 і 3 табл. 2 будують графік залежності DРслвід швидкості повітря wф, по якому визначають wкр для досліджуваного матеріалу.

4. Отримані експериментальні дані зіставляють з теоретично знайденою критичною швидкістю повітря і визначають величину розбіжності по формулі

5.Визначають значення wкр , використовуючи графічну залежність Lу=f(Ar) приведену в [1]. Для цього за величиною критерію (Ar) обчислюють при e= 0,4 значення критерію Lу , з якого по рівнянню (6) знаходять wкр.. Останнє також порівняти зі значенням, отриманим експериментально.

5. По залежності Lу=f(Ar) при e=1 визначають швидкість винесення wунчасточок. Розраховують число псевдозрідження

при який відбувається руйнування /винесення/ псевдозрідженого шару.

6. Дають характеристику поводження зернистого шару при різних швидкостях руху повітря /однорідність шару, ступінь і рівномірність перемішування, наявність міхурів, фонтанування/.

5. САМОСТІЙНА РОБОТА

При підготовці до виконання роботи необхідно виконати наступне.

1. Проробити літературу по псевдозрідженому шару [1], вивчити основні характеристики останнього.

2. Ознайомитися зі схемою лабораторної установки, а також з метою та задачами експерименту.

3. Відповісти на контрольні питання.

 

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Що таке фіктивна, дійсна і критичної швидкості повітря?

2. Назвіть основні стани псевдожиженного шаруючи.

3. Який стан псевдозрідження називають "киплячий" шаром?

4. При якому значенні підйомної сили агенту шар переходить у зважений стан?

5. Що таке порозність шару і в яких межах вона змінюється?

6. Як визначають еквівалентний діаметр часточок?

7. Чому зі збільшенням фіктивної швидкості повітря гідравлічний опір нерухомого шару росте, а зваженого шару залишається постійним?

8. Як користаються графіком Lу=f(Ar)

 

Рис.1. Схема установки для вивчення гідродинаміки зваженого шару

 
 

 

 

 

 


Рис.2. Передня панель вимірювального щита лабораторної установки


ЛАБОРАТОРНА РОБОТА

«ДОСЛІДЖЕННЯ РОБОТИ ТЕПЛООБМІННИКІВ»

 

Мета роботи:

Дослідити вплив забрудненості поверхні теплопередачі теплообмінної апаратури холодильних машин на характеристики роботи обладнання компресійних холодильних установок.

 

 

1.ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

 

Принципову схему компресійної холодильної установки розглянемо на прикладі малої компресійної холодильної установки.

Холодильники такого типу випускають у виді шаф і столів. Зовнішній корпус холодильника виконаний з листової сталі товщиною до 1мм. Внутрішня камера – сталевою, покритою гарячою емаллю або виготовлена з пластмаси. Між зовнішнім і внутрішнім корпусами шафи закладається теплоізоляція для зменшення теплопритоков у внутрішню частину шафи. Матеріал теплоізоляції – скловолокно, пенополистирол, пінополіуретан. Охолодження в малих холодильниках здійснюється компресійними або абсорбційними машинами.

У лабораторній роботі розглядається холодильник обладнананий компресійним агрегатом.

На рис. 1 зображена схема компресійного агрегату для домашнього холодильника. Компресор і електродвигун розміщаються в загальному герметичному корпусі 1. Компресор всмоктує пароподібний фреон з випарника 3 у трубопровод 6. У компресорі пар фреону стискується і по нагнітальному трубопроводі 7 направляється в конденсатор 2. Рідкий холодоагент з конденсатора, проходячи через фільтр 4 по капілярній трубці 5, припаяної до вхідної труби 6, надходить у випарник 3, у якому холодоагент кипить за рахунок відбору тепла від продуктів і повітря усередині холодильника, перетворюється в пару і надходить по всмоктувальному трубопроводі у компресор . Довговічність і надійність таких машин може забезпечуватися тільки при їх цикличной роботі. Ця вимога обумовлює наявність компресора з холодовидатністю значно більшою, ніж необхідна холодовидатність при максимальному тепловому завантаженні холодильнії камери.

Циклічність роботи забезпечується автоматичними пристроями, за допомогою яких відбувається періодичний пуск і зупинка компресора. Періоди роботи компресора різні і залежать від заданих температурних режимів.

Існують основні групи показників, що характеризують технічний рівень холодильників: техніко-експлуатаційні, надійності, технологічні, естетичні і ергономічні, стандартизації й уніфікації, патентно-правові.

 

 

 
 

 

 


Основні техніко-експлуатаційні показники:

1. Об'ємно-масові показники:

- загальний обсяг холодильної камери , дм3 (л);

- обсяг низькотемпературного відділення , дм3 (л);

- маса холодильника ,кг;

- сумарна площа полиць для збереження продуктів , дм2.

2. Температурно-енергетичні показники:

- температура у відділенні, ºС:

плюсовому ;

низькотемпературному ;

- номінальна потужність компресора , Вт.

Інші розрахункові показники:

- витрата електроенергії , квт ·год;

- коефіцієнт робочого часу (КРЧ) ;

- теплопроходимість стінок камери , Вт / ºС;

- питома витрата електроенергії , кВт ·ч/л;

- холодовидатність ,Вт;

- холодильний коефіцієнт .

Електрична схема домашнього холодильники зображена на рис.2. Оскільки у герметичних фреоновых агрегатах використовуються однофазні двигуни, в електродвигуна робиться додаткова пускова обмотка 2, що включається пусковим реле 4, катушка якого включена послідовно з робочою обмоткою електродвигуна 1. При замиканні контактів термореле 3 напруга подається на робочу обмотку електродвигуна. При взаємодії пульсуючого магнітного поля статора з магнітним полем ротора обертаючий момент не з'являється й обертання ротора не відбувається. Через робочу обмотку йде струм короткого замикання, значення якого в 3-4 рази перевищує робоче значення струму при нормальній роботі електродвигуна. При зростанні сили струму (приблизно в 2 рази) замикаються контакти пускового реле, включається пускова обмотка електродвигуна і відбувається „розгін” ротора електродвигуна. По мірі розгону струм зменшується і пускове реле відключає пускову обмотку. Тривалість запуску електродвигуна за допомогою пускового реле від моменту включення робочої обмотки до включення пускової обмотки виміряється частками секунди. В електричній схемі передбачене теплове реле 7, що захищає двигун компресора від перевантажень. Електрична лампа 6 призначена для висвітлення внутрішнього обсягу шафи, включається при відкриванні дверцят шафи вмикачем 5, встановленим у прорізі дверцят шафи. Періоди роботи компресора різні і залежать від заданих температурних режимів.

       
 
   
Рис.2 Принципова електрична схема малої компресійної холодильної установки
 

 


Основними теплообмінними апаратами холодильної машини є конденсатор та випарник. Під час роботи цих елементів через деякий час експлуатації на їх поверхнях з'являються додаткові термічні опори як з сторони холодоагенту, так і з сторони середовищ, які зовні стикаються з випарником та конденсатором. У домашніх фреонових холодильниках це — виявляється в утворенні снігової шуби на поверхні випарника.

Але в значно більшій мірі забрудненість поверхонь виявляється у промислових холодильниках, особливо аміачних. Це змінює характеристики як теплообмінної апаратури, так і всієї установки в цілому.

Для нормальної роботи у часі таких установок треба враховувати зміни

характеристик обладнання та правильно вибрати площі теплообмінної апаратури при проектуванні установок.

Тепловий розрахунок теплообмінних апаратів холодильних машин зводиться

до визначення площі теплопередачі. Розрахунок виконують за рівнянням теплопередачі

 

, (1)

 

де –теплове навантаження на теплообмінний апарат, кВт;

– коефіцієнт теплопередачі, Вт/м2 К;

- площа поверхні, що передає теплоту, м2;

середньо логарифмічна різниця температур між середовищами, що передають теплоту, 0С.

У табл.1,2 приведено орієнтовні значення коефіцієнтів теплопередачі k конденсаторів та випарників різних конструкцій промислових холодильників.

Коефіцієнт теплопередачі аміачних та розсільних оребрених повітроохолодників в середньому складає k =14…20 Вт/м2 К, аміачних трубних неоребрених - k =35…43 Вт/м2 К, хладонових оребрених k =12…14 Вт/м2 К,

трубних неоребрених аміачних батарей - k =6…12 Вт/м2 К, трубних оребрених аміачних батарей - k =3,5…6 Вт/м2 К.

 

Таблиця 1 – Орієнтовні значення коефіцієнтів теплопередачі конденсаторів

 

Тип конденсатора , Вт/м2 К;  
Горизонтальний кожухотрубний для аміаку для хладонів   800-1000 400-580*
Вертикальний кожухотрубний для аміаку 700-900
Зрошувальний для аміаку 700-900
Випарний для аміаку 465-580
З повітряним охолодженням (примусова циркуляція повітря ) для хладонів   20-45*

* - значення k – визначені для оребрених поверхонь

Таблиця 2 – Орієнтовні значення коефіцієнтів теплопередачі випарників

 

Тип випарника , Вт/м2 К;  
  Для охолодження холодоносіїв кожухотрубний для аміаку хладоновий (R12) хладоновий (R22) кожухозмійовиковий хладоновий панельний аміачний     460-580 230-350 350-400* 290- 1000** 460-580  

 

* - значення k – визначені для оребрених поверхонь

**- значення k – визначені для зовнішньої гладкої поверхні

 

Середньологарифмічна різниця температур між середовищами, що передають теплоту, визначається за рівнянням:

 

, (2)

 

де – більша різниця температур між теплоносіями, 0С;

- менша різниця температур між теплоносіями, 0С.

 

Коефіцієнт теплопередачі без забруднень стінки визначається за рівнянням

 

, (3)

 

 

де - коефіцієнт тепловіддачі від теплоносія до стінки труби, Вт/м2К;

- товщина стінки труби, м;

- теплопровідність стінки, Вт/(м град)

- коефіцієнт тепловіддачі від стінки труби до другого теплоносія, Вт/м2К.

 

Коефіцієнт теплопередачі з забрудненнями стінки визначається за рівнянням

 

, (4)

 

де – сумарний опір забруднень теплопередачі, м2 град/Вт;

Для конденсаторів холодильних машин цей опір визначається за залежністю

 

, (5)

 

де товщина шару масла на внутрішній поверхні труби, м;

- коефіцієнт теплопровідності масла, Вт/м град;

товщина шару «водяного каменя» на зовнішній поверхні труби, м;

- коефіцієнт теплопровідності шару «водяного каменя» на зовнішній поверхні труби, Вт/м град.

Для випарників холодильних машин сумарний опір забруднення визначається за залежністю

 

, (6)

 

де товщина шару снігу на зовнішній поверхні труби або пластини, м;

- коефіцієнт теплопровідності сніжного шару, Вт/м град;

товщина шару масла на внутрішній поверхні труби, м;

- коефіцієнт теплопровідності шару масла на внутрішній поверхні труби, Вт/м град.

 

ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА

Метою практичної частини є виконання розрахунків впливу забруднень на роботу теплообмінного обладнання промислових компресійних холодильних машин та визначення параметрів поверхні теплообмінників з урахуванням цього впливу.

 

1. Визначити як впливають умови теплопередачі у вертикальному конденсаторі між холодильним агентом (аміаком ) та водою, що стікає по внутрішній поверхні труб у часі, якщо маємо результати спостережень, представлених у таблиці 3. Який вплив це має на теплове навантаження конденсатора?

2.Визначити, як змінюється коефіцієнт теплопередачі, якщо теплообмінник виготовлено зі сталевих труб діаметром 57х3,5 мм.

3. Побудувати графік зміни коефіцієнта теплопередачі у часі та привести інформацію щодо зміни видатності конденсатора за наступних умов:

 

=0,14 Вт/м град;

=2, 2 Вт/м град;

= 5200 Вт/м2К;

= 4200 Вт/м2К.

 

Таблиця 3. Результати спостережень за роботою конденсатора холодильної машини

 

Час, год Пуск 50год
Товщина шару масла на внутрішній поверхні труб, мм     0,07   0,9   0,15     0,2  
Товщина шару «водяного каменя» на внутрішній поверхні труб, мм     0,5   0,7     1,3

 

 

4. Якщо вважати, що охолодження здійснюється артезіанською водою (tв=100С), температура охолоджуючої води підвищується у конденсаторі на 80С, а температура конденсації аміаку складає 220С, визначити площу поверхні конденсатора, яку треба мати на початку роботи установки та під час експлуатації.

 

5.Визначити як змінюється коефіцієнт теплопередачі у охолоджуючій батареї у камері зберігання мороженого вантажу внаслідок осідання на ній снігової щуби та утворення масляного шару у часі. Результати спостережень, представлені у таблиці 4. Який вплив це має на холодовидатність батареї?

 

Таблиця 4. Результати спостережень за роботою охолоджуючій батареї холодильної машини

 

Час, год Пуск 50год
Товщина шару сніжної шуби на поверхні труб , мм              
Товщина шару масла на внутрішній поверхні труб, мм     0,1   0,2   0,25     0,3  

6. Визначити, як змінюється коефіцієнт теплопередачі, якщо теплообмінник виготовлено зі сталевих труб діаметром 38 х3,5 мм.

7. Побудувати графік зміни коефіцієнта теплопередачі у часі та привести інформацію щодо зміни видатності батареї за наступних умов:

 

=0,14 Вт/м град;

=2, 2 Вт/м град;

= 350 Вт/м2К;

= 7 Вт/м2К.

8. Якщо вважати, що холодоносій (водний розчин NaCl) використовується при середній температурі tхн = -70С), температура середні температура холодоагенту складає tха= -120С, визначити площу поверхні охолоджуючій батареї, яку треба мати на початку роботи установки та під час експлуатації.

9. Результати розрахунків представити у вигляді підсумкової таблиці.

 

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

 

1. Як визначається теплове навантаження конденсатора холодильної установки?

2. Як визначається теплове навантаження випарника холодильної установки?

3. Як визначається коефіцієнт теплопередачі теплообмінника?

4. Який вплив на теплопередачу теплообмінника мають забруднення поверхні теплообміну?

5. Як враховується вплив забруднення поверхні при розрахунках холодильних машин?


 

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. Промышленные тепломассобменные процессы и установки / А. М. Бакластов, В.А.Горбенко, О.Л.Данилов и др.; Под ред. А.М.Бакластова. - М.: Энергоатомиздат, 1986.-327 с.

 

2. Драганов Б.Х. Теплотехніка / Драганов Б.Х., Долінський А.А., Міщенко А.В., Письменний Є.М. (за ред. Драганова Б.Х.) Теплотехніка. Підручник. - К: «ІНКОС», 2005. - 504 с.

 

3. Примеры расчетов по курсу " Холодильная техника". Г.Д. Аверин, А.М. Братников, А.И. Васильев. Под ред. И.Д. Маловой - М.: Агропромиздат – 1986.- 180с.

 

4. Вейнберг Б.С., Цейн А.Н. Побутові компресорні холодильники. – М.: Харч. пром-сть, 1974. – 272 с.

 

5. Азров М.Э., Тодес О.М. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим слоем. -Л.: Химия, 1968. –510 с.

 

6. Гельперин Н.И., Айнштейн В.Г., Кваша В.Б. Основы техники псевдоожижения - М.: Химия, 1967.-664 с.





sdamzavas.net - 2019 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...