Курсовая работа: Теплоотдача цилиндра в закрученном потоке

, (6)

где A, m, n – постоянные коэффициенты, определяемые из опыта.

Заметим, что величина корректирующего коэффициента, учитывающего влияние неизотермичности при принятом методе обработки опытных данных, равна

, (7)

В условиях опытов величина k_β сохраняется примерно постоянной и равной 0,885 (влияние коэффициента на расчетные уравнения невелико и уменьшается с понижением показателя n).

В ряде случаев представляет интерес использовать в уравнении (6) не сам комплекс D, а заменяющие его более простые характеристики, определяемые методикой аэродинамического расчета циклонных камер. В частности хорошие результаты дает использование коэффициента крутки в ядре потока ε_Я :

,

где W_{φ Я} – линейная вращательная скорость на радиусе r_Я определяющем границу ядра потока.

2. Описание экспериментальной установки и методики измерений

Исследовательская часть работы выполняется на специальном экспериментальном стенде. Циклонно-вихревая камера (рис. I) представляет собой гладкостенную вертикальную металлическую модель внутренним диаметром D_К =2R_К = 310 мм.

Ввод воздуха в камеру осуществляется тангенциально расположенными к внутренней поверхности ее рабочего объема входными каналами (шлицами) 6 с двух диаметрально противоположных сторон. Ширина прямоугольных шлицев (сопел) l_ВХ и их высота h_ВХ могут варьироваться специальными вкладышами. При этом соответственно меняется и суммарная площадь входа потока , где – число входных каналов. Отвод газа из модели осуществляется через плоский торец с круглым осесимметричным выходным отверстием, безразмерный диаметр которого может меняться в диапазоне от 0,2 до 0,6.

Схематический чертеж цилиндра – калориметра приведен на рис. 3. Длина калориметра – 400 мм, толщина стенки рабочего участка – 2 мм. Наружный диаметр цилиндра-калориметра при проведении опытов может изменяться от 45 до 140 мм. Верхний торец рабочего участка калориметра теплоизолирован текстолитовым диском, нижний – охранным участком.

Принципиальная схема тепловых измерений приведена на рис. 4.

Как видно из рис. 4, греющий пар из электрокотла через электрические основной и выносной перегреватели по подводящей трубке поступает в рабочий участок калориметра. Для исключения возможности попадания в калориметр жидкой фазы на входе пара в рабочий участок поддерживается и непрерывно контролируется протарированной медь – константановой термопарой небольшой перегрев ()°С. Отсчет ЭДС термопары производится переносным потенциометром типа ПП-63. Для обеспечения стока конденсата нижняя часть парового пространства калориметра имеет небольшую конусность (рис. 3). Отвод излишнего пара и паровоздушной смеси осуществляется в охранный участок калориметра, а оттуда через отводящий штуцер в дренажную систему.

При этом исключаются потери тепла не только от нижнего торца рабочего участка, но и на линии отвода конденсата. Сбор конденсата с рабочего участка производится через гидравлический затвор, обеспечивающий создание определенного (400600 мм. вод. ст.) давления в рабочем участке калориметра. Поддержание требуемых величин избыточного давления и перегрева в стационарном режиме осуществляется регулировочным краником, а при изменении нагрузки камеры (Re_ВХ ) также и за счет регулирования реостатами электрической мощности нагревательных элементов котла и выносного пароперегревателя.

3. Порядок проведения опытов

Пуск экспериментальной установки производится путем включения в сеть электрокотла, предварительно напитанного водой. Уровень воды в водомерном стекле должен быть не ниже средней отметки. Продувочные краники дренажных магистралей пароперегревателя, паропровода и калориметра устанавливаются в открытое положение. Последовательным включением нагревательных элементов котла устанавливается электрическая мощность, близкая к максимальной (сила тока по показаниям амперметра должна составлять около 30А). Одновременно с котлом включается и основной пароперегреватель на 50% его мощности. Процесс разогрева ведется в данном режиме до достижения избыточного давления в электрокотле порядка (0,2…0,3) кгс/см ((19,6…29,4) кПа). После этого производится включение стенда по воздушной стороне. Для этого необходимо закрыть заслонку на. воздухопроводе установки и осуществить запуск воздуходувки с электрощита управления. Изменение частоты вращения, а следовательно, и производительности осуществляется вручную реостатами ступенчатой и плавной регулировки. Максимальная нагрузка вентилятора устанавливается таким образом, чтобы показания амперметра на щите управления не превышали 45–50 А. Полный напор, развиваемый воздуходувкой, при этом составит (420…480) мм вод. ст. ((4,12…4,71) кПа). Далее по указанию преподавателя устанавливается соответствующий режим работы, определяемый расходом воздуха через установку. Регулировка расхода может быть осуществлена как заслонкой, так и изменением частоты вращения привода вентилятора. Прежде чем приступить к производству замеров, необходимо вывести установку на стационарный гидродинамический и тепловой режимы. Для этого обычно требуется не менее 40–60 мин. В это время необходимо тщательно продуть паровое пространство установки, после чего закрыть краники на пароперегревателе и паропроводе. С помощью реостатов плавной регулировки мощности и продувочного краника калориметра установить необходимое избыточное давление в нем путем совмещения нижнего уровня жидкости гидрозатвора с отметкой на смотровом стекле, включенном в магистраль сбора конденсата. После этого приступить к регулированию перегрева пара реостатами выносного, а если необходимо, и основного пароперегревателей, ведя контроль по показаниям потенциометра и сравнивая их с градуировочной характеристикой термопары. Убедившись в достижении стационарного режима по паровой и воздушной сторонам, приступают к проведению эксперимента.

В начале и конце каждого опыта производится запись показаний следующих приборов: термометров в воздушных коллекторах перед измерительным участком трубопровода t и циклонной камерой t_вх , термометра, измеряющего температуру окружающей среды t_ос , микроманометра, измеряющего перепад давления в сужающем устройстве (нормальной диафрагме) ∆Р, дифференциальных водяных манометров, измеряющих избыточные статические давления в контрольных сечениях перед сужающим устройством Р_сд , во входных каналах Р_с.вх и на боковой поверхности циклонной камеры Р_с.ст , барометра-анероида В.

Конденсат с рабочего участка собирается через гидравлический затвор в специальную емкость, после чего его взвешивают на аналитических весах. Время опыта фиксируют секундомером и также заносят в журнал наблюдений. Для обеспечения необходимой точности измерений тепловых потоков продолжительность отдельного опыта выбирают исходя из получения массы конденсата г.

При переводе установки на новый режим снова производят ее гидродинамическую и тепловую стабилизацию, устанавливают необходимое давление пара в котле и его перегрев, после чего приступают к производству замеров.

Для изучения гидродинамической обстановки в рабочем объеме камеры производится также измерение скоростей и давлений в одном или нескольких радиальных сечениях. Для тепловой задачи основной интерес представляет величина максимальной вращательной скорости w_{φ m} , достигаемой на радиусе r_{φ m} . Поэтому снятие полей скоростей и давлений производят на одном режиме (обычно максимальном), устанавливая величину r_{φ m} , а на остальных режимах замеры осуществляют лишь на данном радиусе.

При проведении аэродинамических измерений трехканальным цилиндрическим зондом необходимо придерживаться следующей последовательности:

1) ввернуть ножку координатника зонда в бобышку измерительного сечения;

2) установить зонд в горизонтальное положение по уровню;

3) поворотом лимба координатника относительно указательной стрелки в соответствующую сторону установить величину угловой поправки к показаниям зонда по данным его аэродинамической тарировки;

4) вращением зонда установить приемные отверстия против потока и продуть сжатым воздухом (с помощью ручного насоса) импульсные трубки;

5) вращением ходовой гайки координатника установить приемные отверстия зонда в начальное положение (относительно стенки камеры), после чего подключить зонд согласно схеме аэродинамических измерений (см. рис. 2) и приступить к производству замеров.

При снятии полей скоростей и давлений производится отсчет и запись следующих величин: радиального расстояния y = R_K – r (r – радиус точки замера) от стенки рабочего объема камеры до точки измерения (по рейке координатника); угла скоса потока φ (угла между направлением вектора полной скорости потока и направлением горизонтали), отсчитываемого по лимбу координатника; полного избыточного давления потока A₂ перепада давления между центральным и боковым отверстиями A₁ пропорционального скоростному напору в точке замера.

4. Обработка результатов наблюдений