Исследование теплоотдачи цилиндра в закрученном потоке - Курсовая работа

Вращающиеся течения уже широко используются при организации сжигания топлива в вихревых горелках, циклонных топках и камерах сгорания, проведении процессов нагрева и термообработки в циклонно-вихревых нагревательных устройствах, сушки материалов в рециркуляционных сушилках и т.п. конвективный теплообмен исследование погрешностьВ работе осуществляется экспериментальное изучение теплоотдачи конвекцией от вертикального цилиндра к закрученному потоку воздуха в циклонной камере, обработка и анализ результатов наблюдений, составление уравнения подобия для расчета конвективного теплообмена, расчет статистических показателей, характеризующих отклонение опытных точек от рекомендуемой расчетной зависимости, оценка степени достоверности результатов и погрешностей измерений.Сложная аэродинамическая структура потока в циклонных камерах в значительной степени ограничивает возможности использования математических методов решения задачи конвективного теплообмена, поэтому основным направлением в изучении теплоотдачи конвекцией является эксперимент. Особенность рассматриваемой задачи конвективного теплообмена в закрученном циклонном потоке заключается в том, что при движении среды возникают инерционные массовые (центростремительные) силы, которые практически полностью определяют условия теплоотдачи. Анализ системы дифференциальных уравнений движения и теплообмена применительно к рассматриваемой задаче, а также использование рекомендаций работы В.К.Щукина показывают, что особенности теплоотдачи цилиндра в закрученном потоке определяются главным образом массовыми (центростремительными) силами, а задача определения коэффициентов теплоотдачи фактически сводится к установлению зависимости: ,(2.1) где Nu-число Нуссельта, определяется по формуле: , где - коэффициент теплоотдачи конвекцией от цилиндра к закрученному потоку; Р-критерий, определяющий движение жидкости и теплоотдачу в закрученном потоке, определяется по формуле: , где jm-максимальное значение центростремительного ускорения j в системе; Pr-критерий Прандтля, определяется по формуле: , где ? - коэффициент кинематической вязкости среды;Циклонно-вихревая камера (рисунок1) представляет собой гладкостенную вертикальную металлическую модель внутренним диаметром DK =2RK= 310 мм. Ввод воздуха в камеру осуществляется тангенциально расположенными к внутренней поверхности ее рабочего объема входными каналами (шлицами) 6 с двух диаметрально противоположных сторон. 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. Общая схема аэродинамических измерений на стенде представлена на рисунке 2. Рисунок 3 - Схематический чертеж парового калориметра: 1 - теплоизоляционный диск; 2 - рабочий участок; 3 - охранный участок; 4 - паровая рубашка; 5 - штуцер отвода конденсата; 6 - штуцер отвода паровоздушной смеси; 7 - соединительная трубка; 8 - трубка подвода пара; 9 - продувочная магистраль.Пуск экспериментальной установки производится путем включения в сеть электрокотла, предварительно напитанного водой. 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). 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. В начале и конце каждого опыта производится запись показаний следующих приборов: термометров в воздушных коллекторах перед измерительным участком трубопровода t и циклонной камерой твх, термометра, измеряющего температуру окружающей среды тос, микроманометра, измеряющего перепад давления в сужающем устройстве (нормальной диафрагме) ?Р, дифференциальных водяных манометров, измеряющих избыточные статические давления в контрольных сечениях перед сужающим устройством Рсд, во входных каналах Рс.вх и на боковой поверхности циклонной камеры Рс.ст, барометра-анероида В.Плотность воздуха перед сужающим устройством ?, кг/м3, вычисляем по формуле: , (5.1.2) где g - ускорение силы тяжести, м/с2, g = 9,81; кг/м3, Поправочный множитель на расширение измеряемой среды ? для нормальных диафрагм определяется по формуле: , (5.1.3) где k - показатель адиабаты измеряемой среды, для воздуха k = 1,4; Теоретический расход воздуха через экспериментальную установкуqт, м3/с, находим по формуле: ; (5.1.5) где ?и - исходный коэффициент расхода,значение ?изависит от типа сужающего устройства и модуля m:при , ; (5.1.6) k2 - поправочный множитель на шероховатость измерительного трубопровода; Действительный расход воздухаq, м3/с, вычисляем по формуле: , (5.1.9) где k1-поправочный множитель на число Рейнольдса, определяемый по номограмме, пре

Оглавление

Введение

1 Задачи и цель работы

2 Теоретическое обоснование

3 Описание экспериментальной установки и методики измерений

4 Порядок проведения опытов

5 Обработка результатов наблюдений

5.1 Определение расхода воздуха через установку

6 Расчет статистических показателей

7 Расчет погрешностей измерений

Приложение

Одним из перспективных и эффективных путей разрешения проблемы интенсификации процессов тепломассобмена в теплоэнергетических и теплоиспользующих установках и устройствах является применение закрученных высоко турбулентных потоков жидкостей и газов. Вращающиеся течения уже широко используются при организации сжигания топлива в вихревых горелках, циклонных топках и камерах сгорания, проведении процессов нагрева и термообработки в циклонно-вихревых нагревательных устройствах, сушки материалов в рециркуляционных сушилках и т.п. конвективный теплообмен исследование погрешность

Изучение гидродинамики и теплообмена в циклонно-вихрерых камерах представляет собой важную практическую задачу, так как позволяет получить необходимые данные для их расчета и проектирования. Интересна в этом плане задача исследования теплоотдачи круглого цилиндра, соосного с аэродинамической осью стабилизированного циклонного потока, с точки зрения дальнейшего изучения особенностей теплообмена в поле центробежных сил, а также разработки рекомендации по расчету конвективного теплообмене в вихревых МГД (магнитогидродинамических) генераторах, циклонных печах, при вихревом охлаждении элементов электрических машин, полупроводниковых выпрямителей и т.п.