INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA ZAKŁAD SIECI I INSTALACJI SANITARNYCH

Laboratorium z termodynamiki technicznej

Ćwiczenie nr 3

BADANIE NAGRZEWNICY POWIETRZA

2

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wykonanie bilansu energetycznego nagrzewnicy powietrza.

2. Zakres wymaganych wiadomości

• strumień masy i ciepła,

• energia strumienia,

• bilanse energetyczne wymienników ciepła.

3. Przebieg ćwiczenia

Należy zapoznać się ze stanowiskiem pomiarowym, którego schemat przedstawia rys. 1.

Rys.1. Schemat stanowiska pomiarowego Wydatek przepływającego powietrza obliczamy pośrednio przez pomiar ciśnienia dynamicznego pd na tłoczeniu w osi kanału:

p = p − p = h ρ g d

ot

t

d

c

[1]

gdzie:

 kg 

ρc – gęstość cieczy manometrycznej

,

 3 



m 

hd – wysokość cieczy manometrycznej (wg wskazań mikromanometru z pochyłą rurką) [m].

Zmierzone i obliczone ciśnienie dynamiczne pozwala na obliczenie prędkości maksymalnej w0 w osi kanału:

2 p

 m 

w 0 =

d

 

ρ

 s 

[2]

p

gdzie:

 kg 

ρp – gęstość powietrza

,

 3 



m 

p

 kg 

ρ =

a

p

*

 3 

R ⋅ T

 m 

[3]

p

gdzie:

pa – ciśnienie atmosferyczne [Pa], R – stała gazowa (R=287 J/kgK),

3

*

Tp - temperatura powietrza w punkcie pomiaru prędkości [K], na podstawie interpolacji wskazań termometrów Tp i Tp1.

b T

(

− T

T * =

)

T

p

p

1 +

1

p

p

[4]

a + b

gdzie:

a = ¾ l

b = ¼ l

Do obliczenia średniej prędkości przepływającego powietrza w w zależności od stopnia turbulencji w ⋅ d

m

ν

( Re =

ν , - lepkość kinematyczna powietrza) określamy na podstawie załączonego wykresu na rys.2, lub dla ewentualnego uproszczenia do obliczeń można przyjąć w =

8

,

0 4 ⋅ w 0 [m/s].

1.0

w

w m

0.9

0.8

0.7

t

r

k

przepływ turbulentny

0.6

0.5

3.5

4.0

4.5

5.0 5.5

6.0

6.5

7.0 7.5 8.0 8.5

przepływ laminarny

lg Re

Rys.2. Zależność stosunku prędkości średniej do maksymalnej od liczby Reynoldsa Wydatek objętościowy przepływu powietrza oblicza się ze wzoru:

 3 

V& = w ⋅

m

F





[5]

 s 

gdzie:

2

⋅ d

F – pole przekroju poprzecznego kanału [m2] F = π

4

d – średnica kanału (d = 0,10 m).

Wydatek masowy przepływu powietrza oblicza się ze wzoru:

 kg 

m

&

&

ρ

p =

p ⋅ V p







[6]

s 

Strumień ciepła obliczamy:

Q& = m& ⋅ C ⋅ ( T − T )

[7]

p

p

p

o

4

gdzie:

 J 

 J 

Cp – ciepło właściwe 

 - dla powietrza Cp=1005 

 ,

 kgK 

 kgK 

To – temperatura otoczenia [K].

Dla różnych prędkości przepływu powietrza wykonać pomiary. Wyniki umieścić w tabeli pomiarowej tab.1.

Tabela 1. Tabela pomiarowa

Lp. Wysokość cieczy w

Wydatek

Wydatek

Temperatura

Ciśnienie w

Strumień

mikromanometrze z

objętościowy masowy

powietrza

mikromanometrze

energii

pochyłą rurką

z pochyłą rurką

powietrza

powietrza

powietrza

hp [mm]

p

m

&

T

T

T

T

d [N/m2]

V& [m3/s]

[m3/s]

p

p*

p1

p2

Q& [W]