background image

 

Laboratorium z wymiany ciepła 

27.03.2013 r. 

 

Ćwiczenie 2 

Ustalenie  procesu  wymiany  ciepła  w  kalorymetrze  Junkersa-  określenie  składu  gazu  oraz 

przemnożenie przez tablicowe wartości (spalania, opałową). 

 

Urządzenia: 

1.  Gazomierz bębnowy mokry- to urządzenie, które odmierza ilość dopływającego gazu. 

2.  Reduktor ciśnienia- urządzenie, które stabilizuje dopływ gazu do kalorymetru. 

3.  Wymienniki ciepła- wśród których wyróżnia się: 

a)  Przeponowe  wymienniki  ciepła  z  gazomierzem,  w  którym  gaz  stabilizuje  się  do 

temperatury  początkowej  wody  (umieszczony  z  tyłu),  gazomierz  jest  otoczony 

płaszczem wodnym, w którym gaz wymienia ciepło z wodą, 

b)  Przeponowy  wymiennik  ciepła,  w  którym  temperatura  wymieniana  jest  pomiędzy 

spalinami, a wodą, 

c)  Bezprzeponowy  wymiennik  ciepła-  będący  nawilżaczem  powietrza,  w  którym 

dochodzi do wymiany ciepła i masy wody z ciepłem powietrza (zawiera on pierścienie 

Raschiga, w których średnica jest równa wysokości). W danym nawilżaczu na górze 

znajduje się wodą, zaś na dole dochodzi do zasysania powietrza. 

 

W  połowie  wymiennika  ciepła  wartość  temperatury  jest  równa  wartości  temperatury  dla 

otoczenia. 

 

Dla wartości temperatury otoczenia t

o

, takiej, że: 

      

 

  

   

  

 

   

 

 

Gdzie
 

  

- temperatura wody ogrzewanej 

 

  

- temperatura wody 

 
Przyjmujemy, że bilans wymiany ciepła: 

 

 

   . 

 

 

 

 

background image

 

 

 

 

 

 

 

t

w1

 

t

0

 

t

w2

 

Przy danym układzie, temperatura wody raz zyskuje (poniżej prostej t

0

), a raz traci (powyżej 

prostej t

0

). 

Aby warunek (1) był spełniony, temperaturę należy regulować wg następującego wzoru: 

 

 

  

    

 

   

  

 

Przekrój palnika: 

 

 

Rurki „płomieniówki” 

 

 

Komora spalania 

 

 

Na żółto, na schemacie, zaznaczono gaz, który jest doprowadzany do palnika. 

W  gazomierzu  bębnowym  nie  ma  płaszcza  stabilizującego  temperaturę.  Bęben  jest 

wypełniony w dolnej połowie wodą, zaś w górnej gazem. Obrót jest wynikiem powstającego 

w bębnie nadciśnienia. Poza tym w bębnie występują 2 przestrzenie: 

a)  przestrzeń a- w której występuje gaz o wyższym ciśnieniu, 

b)  przestrzeń  b-  w  której  występuje  gaz  o  niższym  ciśnieniu  (różnica  H  oznacza  straty 

ciśnienia wywołujące obrót). 

Dany  układ  musi  być  dokładnie  stabilizowany,  a  ilość  wody  powinna  być  pomierzona 

poziomowskazem przed pomiarem. 

 

Pomiar temperatury i ciśnienia dokonuje się przy użyciu urządzeń umieszczonych na „górze” 

układu. 

 
 
 

background image

 

1.  Obliczenie objętości gazu w warunkach umownych: 

 

 

 

 

   

 

 

 

 

    

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gdzie
 

 

   

 

   

 

 

 

 

 - odczyt końcowy 

 

 

 - odczyt początkowy 

 

 

 – ciśnienie barometryczne 

  

 

 - nadciśnienie na gazomierzu 

 

 

    

 

 – bezwzględne ciśnienie gazu 

 

 

    

 

   

 

- ciśnienie gazu suchego 

 

 

 – prężność pary wodnej w warunkach nasycenia dla temperatury t

 

 

 

     

 

  

 

2.  Obliczenie  ciepła  odebranego  przez  wodę  chłodzącą  (woda  przepływa  z  góry  do  dołu 

przejmując ciepło spalin): 

 

 

   

 

   

 

        

 

 

Gdzie
 

 

 - masa wody (którą „wyłapujemy” w kolbę erlenmeyera i ważymy) 

 

 

    - średnie ciepło właściwe wody, odczytywane z tablic dla określonej temperatury wody 
 

 

 

         

 

  

        

  

    

 

  

 

  

 

   

  

        

  

     

 
Wartości 

 

  

    

  

  są  średnimi  z  odczytów,  z  termometrów.  Odczyt  ma  się  odbywać 

z dokładnością do 0,01 K. 
 

3.  Obliczenie ciepła dostarczanego do kalorymetru (związane ze spalaniem gazu): 

 

 

 

   

 

 

   

 

 

       

Gdzie
 

 

 

 - objętość gazu w warunkach umownych 

 

 

 

 - wartość opałowa gazu odniesiona do [um

3

 

4.  Obliczenie sprawności wymiennika: 

 

 

 

 

 

   

 

     

 

background image

 

Gdy
 

 

              

 

 

                    

 

 

                        

 

5.  Określenie  powierzchni  wymiany  ciepła  oraz  określenie  liczby  Reynoldsa  wody 

przepływającej przez wymiennik kalorymetru: 

 

    

      

 

 

 

    

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

      

 

  

   

  

 

  

   

  

 

 

  

 

 

 

 

 

 

  

 

 

 

   

  

 

 

 

 

      

 

 

 

  

      

 

    

 

     

 

 

Gdzie
   – prędkość przepływu 
  – zastępcza średnica rury 
 

 

 - lepkość kinematyczna 

 

 

   - strumień masy wody 

 

 

- powierzchnia netto przez którą przepływa woda 

  - czas pomiaru 
  - ilość rurek 
  - obwód zwilżony 
 
Przekrój palnika z oznaczenim średnic: 

 

 

 

 

δ

z

 

 
 

 d

z

 

 
 

D

w

 

 

background image

 

6.  Próba ustalenia równania kryterialnego dla wymiany ciepła w wymienniku: 

Równanie  kryterialne  jest  zależne  od  wielu  czynników,  między  innymi  od  ruchów,  wśród 
których wyróżniamy: laminarny, przejściowy i burzliwy. 
W czasie ćwiczenia skupimy się na konwekcji wymuszonej i ruchu laminarnym. 
 

6.1.

 

 

 

    

  (dla  takich  wartości  nie  stosujemy  poprawki  na  tzw.  rozbiegowy  odcinek,  gdy 

ustala się ruch burzliwy), 

6.2.

 

 

  

    

 

 

 

 

    

 

6.3. 

 

 

           

 

   

   

  

   

   

 

 

 

   

   

 

 

 

 

 

    

 

 
Gdzie
: 

 

 

 

 

 - sugeruje kierunek przepływu i rozpatrywane jest dla dwóch przypadków: 

a)  gdy ciepło przechodzi z płynu do rury, 
b)  gdy ciepło przechodzi z rury do płynu. 

 
 

7.  Oznaczenia w postaci indeksów: 

a)  indeks „w” (z ang. wallśrednia wartość (np. temperatury) dla ścianki, 
b)  indeks „f” (z ang. fluidśrednia wartość (np. temperatury) dla płynu.