главнаяреклама на сайтезаработоксотрудничество База знаний Allbest
 
 
Сколько стоит заказать работу?   Искать с помощью Google и Яндекса
 


Исследование теплоотдачи при кипении воды в условиях пузырькового режима

Механизм процесса теплоотдачи при кипении воды. Зависимость теплового потока от температурного напора (кривая кипения). Описание устройства измерительного участка. Измерение теплового потока и температурного напора. Источники погрешностей эксперимента.

Рубрика: Физика и энергетика
Вид: лабораторная работа
Язык: русский
Дата добавления: 01.12.2011
Размер файла: 163,2 K

Полная информация о работе Полная информация о работе
Скачать работу можно здесь Скачать работу можно здесь

рекомендуем


Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже.

Название работы:
E-mail (не обязательно):
Ваше имя или ник:
Файл:


Cтуденты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны

Подобные документы


1. Расчёт центрального теплового пункта
Выполнение гидравлического вычисления системы теплоснабжения от центрального теплового пункта. Типовой расчет горячего водоснабжения. Определение коэффициена теплоотдачи в межтрубном пространстве и среднего температурного напора в теплообменнике.
курсовая работа [859,3 K], добавлен 15.02.2014

2. Теплообмен при кипении
Кипение как процесс перехода из жидкой фазы в газообразную (пар). Выделение теплоты при конденсации пара (скрытая теплота конденсации). Режимы процесса кипения. Образование пузыря в несмачиваемой впадине на стенке. Коэффициент теплоотдачи при кипении.
презентация [4,3 M], добавлен 15.03.2014

3. Тепловой расчет вертикального подогревателя сетевой воды
Подогреватели сетевой воды вертикальные. Расчет средней температуры воды. Определение теплоемкости воды, теплового потока, получаемого водой. Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы. Теплофизические параметры конденсата при средней температуре конденсата.
курсовая работа [507,5 K], добавлен 28.11.2012

4. Расчет подогревателя высокого давления ПВД-7 турбины К-800
Краткая характеристика турбоустановки. Схема движения теплообменивающихся сред. График изменения температур в теплообменнике. Графоаналитическое определение плотности теплового потока в зависимости от температурного напора. Расчет охладителя пара.
курсовая работа [181,6 K], добавлен 28.06.2011

5. Расчет горизонтального кожухотрубного теплообменного аппарата
Расчет средней температуры воды, среднелогарифмического температурного напора из уравнения теплового баланса. Определение площади проходного и внутреннего сечения трубок для воды. Расчет коэффициента теплопередачи кожухотрубного теплообменного аппарата.
курсовая работа [123,7 K], добавлен 21.12.2011

6. Тепловые процессы. Конвективный теплообмен
Сущность и дифференциальные уравнения конвективного теплообмена. Критерии теплового подобия. Определение коэффициента теплоотдачи. Теплопередача при изменении агрегатного состояния теплоносителей (кипении и конденсации). Расчет ленточного конвейера.
курсовая работа [267,9 K], добавлен 31.10.2013

7. Сложный теплообмен и типы теплообменных аппаратов
Разделение теплопереноса на теплопроводность, конвекцию и излучение. Суммарный коэффициент теплоотдачи. Определение лучистого теплового потока. Теплопередача через плоскую стенку. Типы теплообменных аппаратов. Уравнение теплового баланса и теплопередачи.
реферат [951,0 K], добавлен 27.01.2012

8. Конвективный теплообмен
Основной закон конвективного теплообмена. Уравнение Ньютона-Рихмана. Коэффициент теплоотдачи. Критерий Нуссельта. Уравнение Фурье-Кирхгофа. Получение критериев подобия. Характеристика температурного поля и гидродинамические характеристики потока.
презентация [209,4 K], добавлен 24.06.2014

9. Теплый дом. Способы улучшения теплового режима в квартире
Исследование тепловых явлений, влияющих на установление температурного режима в квартире. Обзор способов теплообмена: теплопроводности, конвекции и излучения. Анализ влияния толщины стекла на скорость теплообмена. Источники тепла в современных квартирах.
презентация [2,9 M], добавлен 13.02.2013

10. Расчет наружного охлаждения
Определение конвективного удельного теплового потока. Нахождение значения коэффициента теплоотдачи от газа к стенке. Определение и расчет степени черноты продуктов сгорания, подогрева охладителя и средней температуры охладителя на каждом участке.
курсовая работа [381,4 K], добавлен 05.12.2010


Другие документы, подобные Исследование теплоотдачи при кипении воды в условиях пузырькового режима


Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Филиал ГОУВПО «Московский Энергетический Институт (технический университет)» в г. Волжском

Кафедра Промышленной теплоэнергетики

Лаборатория ТОТ

Лабораторная работа №9

по курсу «Тепломассообмен»

Исследование теплоотдачи при кипении воды в условиях пузырькового режима

Выполнил: студент группы ТВТ - 01

Стрельцова Екатерина Васильевна

Волжский 2003

1. Цель работы

Изучение механизма теплообмена при кипении жидкости, а также факторов, влияющих на интенсивность теплообмена при различных режимах кипения. Установление закономерности изучения коэффициента теплоотдачи от обогреваемой нити к жидкости при пузырьковом кипении в большом объеме в зависимости от температурного напора.

2. Теоретические основы работы

2.1 Общие представления о процессе кипения

Кипением называют процесс интенсивного парообразования (фазового перехода жидкости в пар), происходящий во всем объеме жидкости, находящейся при температуре, несколько перегретой относительно температуры насыщения.

Пузырьковое кипение - когда на греющей поверхности и в объеме образуются единичные пузыри. Пузырьковое кипение - во всем интервале между двойной и критической точками кривой кипения для данного вещества. Механизм теплообмена при этом виде кипения отличается от механизма теплоотдачи при конвекции однофазной жидкости наличием дополнительного перепада массы вещества и теплоты паровыми пузырьками из пограничного слоя.

Для возникновения кипения всегда необходим некоторый перегрев жидкости, т.е. превышение температуры жидкости tж относительно температуры насыщения ts при заданном давлении р. Этот перегрев, как показывают опыты, зависит от физических свойств жидкости, её чистоты, давления, а также свойств граничных твердых поверхностей. Чем чище жидкость, тем более высоким оказывается начальный перегрев, необходимый для возникновения кипения. Известны опыты, в которых тщательно очищенные жидкости, лишенные растворенных газов, удавалось перегревать без вскипания на десятки градусов при нормальном давлении. Однако в конце концов такая перегретая жидкость все же вскипает, причем кипение происходит крайне бурно, напоминая взрыв. Теплота перегрева жидкости расходуется на парообразование, жидкость быстро охлаждается до температуры насыщения. Высокий начальный перегрев, необходим для вскипания чистой жидкости, объясняется затрудненностью самопроизвольного образования внутри жидкости начальных маленьких пузырьков пара (зародышей) из-за значительной энергии взаимного притяжения молекул в жидкости.

Иначе обстоит дело, когда жидкость содержит растворенный газ (например, воздух), а также мельчайшие взвешенные частицы. При её нагревании процесс кипения начинается почти сразу после достижения жидкостью температуры насыщения. При этом кипение носит спокойный характер. В данном случае образующиеся при нагревании газовые пузырьки, а также находящиеся в жидкости твердые частицы, служат готовыми начальными зародышами паровой фазы.

Начальный перегрев снижается и в том случае, когда стенки сосуда, в котором происходит нагревание жидкости, имеют адсорбированный на поверхности газ, микрошероховатость, а также различные неоднородности и включения, понижающие молекулярное сцепление поверхности с жидкостью. При подводе теплоты через такую поверхность образование пузырьков наблюдается в отдельных точках поверхности, так называемых центрах парообразования. Таким образом, процесс кипения в этом случае начинается в слоях жидкости, контактирующих с поверхностью и имеющих одинаковую с ней температуру. Для практики этот вид кипения представляет наибольший интерес. Рассмотрим его основные характеристики.

По мере увеличения температуры поверхности нагрева t, соответственно температурного напора Дt = tc - t, число действующих центов парообразования растет, процесс кипения становится более интенсивным. Паровые пузырьки периодически отрываются от поверхности и, всплывая к свободной поверхности, продолжают расти в объеме. Последнее объясняется тем, что температура в объеме кипящей жидкости, как показывают опытные данные, не равна температуре насыщения, а несколько превышает её. Например, для воды при атмосферном давлении перегрев в объеме составляет 0,2 - 0,4 С (рисунок 1).

При повышении температурного напора Дt значительно возрастает поток теплоты, который отводится от поверхности нагрева кипящей жидкости. Вся эта теплота в конечном счете расходуется на образование пара. Поэтому уравнение теплового баланса при кипении имеет вид:

,

где Q - тепловой поток, Вт;

r - теплота фазового перехода жидкости, Дж/кг;

количество пара, образующегося в единицу времени в результате кипения жидкости и отводимого от её свободной поверхности, кг/с.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 Распределение температур в объеме кипящей жидкости (tc = 109,1 C; pa = 1•105 Па; q = 22500 Вт/м2)

Тепловой поток Q при увеличении температурного напора Дt растет не беспредельно. При некотором значении Дt он достигает максимального значения, а при дальнейшем повышении Дt начинает уменьшаться. До момента достижения максимального теплового потока режим кипения называют пузырьковым. Максимальную тепловую нагрузку при пузырьковом кипении называют первой критической плотностью теплового потока и обозначают qкр1 (ей соответствует температурный напор Дt1).

Для воды при атмосферном давлении первая критическая плотность теплового потока составляет qкр1 = 1,2•106 Вт/м2; соответствующее критическое значение температурного напора Дtкр1 = 25 - 35 С. Эти величины относятся к условиям кипения воды при свободном движении в большом объеме. Для других условий жидкостей величины будут иными.

2.2 Зависимость теплового потока от температурного напора (кривая кипения)

Рассмотрим характер изменения плотности теплового потока от перегрева жидкости (кривую кипения).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2 Зависимость и q от перегрева жидкости Дt

qmax - критическая плотность теплового потока (qкр1);

Точка qmin - предельно допустимая температура перегрева жидкости (точка Лейденфроста);

Е - точка максимального перегрева стенки при кризисе теплообмена.

При достижении qmax возникает переходный режим кипения, характерный образованием на поверхности трубки областей, непосредственно контактирующих с паром. Теплоотдача всё более ухудшается, и, наконец, при Дt = Дtкр2, когда вся поверхность трубки обволакивается сплошной пленкой пара, становится qmin.

Эту величину qкр2 называют второй критической плотностью теплового потока. А коэффициент в пленочном режиме кипения (наступающем при Дt > Дtкр), остается постоянным либо слабо уменьшается с ростом Дt. В первом приближении для этого режима можно полагать q ~ Дt.

При увеличении температурного напора тепловой поток происходит через максимум (qmax) (рисунок 2). Максимуму теплообмена предшествует конвективная область 1, соответствующая малым перегревам жидкости, и область развитого кипения 3. Между ними находится область неустойчивого кипения 2. Она характеризуется малой плотностью центров парообразования.

Пройдя максимум qmax, q постепенно снижается по мере вытеснения пузырькового кипения пленочным. Пленка создает дополнительное термическое сопротивление, поэтому q падает несмотря на увеличение Дt.

После переходной области 4 наступает режим устойчивого пленочного кипения. В этом режиме на участке 5 лучистый перенос тепла относительно невелик, а на участке 6 он приобретает существенное значение.

Величина коэффициента теплоотдачи увеличивается при увеличении температурного напора Дt в области пузырькового и пленочного режимов. Однако в последнем случае этот увеличение существенно меньше, чем увеличение q. Для области развитого пузырькового кипения имеют место соотношения:

где m1 0,7; m2 3. Коэффициенты с1 и с2 зависят от рода жидкости и являются взаимосвязанными:

Приведенная кривая кипения не охватывает всех возможных режимов кипения. Так, при тщательной предварительной дегазации системы, а также при кипении в условиях пониженных давлений может иметь место затягивание режима конвекции до высоких перегревов жидкости (линия АБ). Верхняя граница этих перегревов определяется спонтанным образованием паровых зародышей в объёме жидкости.

При кипении несмачиваемых жидкостей (интервал 0 90 С), пленочный режим может начаться при малых нагревах (линия ВГ).

теплоотдача кипение вода

3. Схема установки

Рисунок 3 Схема экспериментальной установки 1 - платиновая нить; 2 - ёмкость 3 - понижающий трансформатор; 4 - регулятор напряжения; 5 - вольтметр В7 - 38; 6 - измеритель температуры типа «ОВЕН»; 7 - трубчатый холодильник; 8 - измерительное сопротивление; 9 - шланги.

3.1 Описание установки

Измерительный участок, предназначенный для изучения интенсивности теплообмена состоит из платиновой нити 1 и измерительных приборов.

Платиновая нить помещена через понижающий трансформатор 3 и регулятор напряжения 4. Значение подаваемого на нить напряжения измеряется вольтметром В7 - 38 (поз. 5).

Теплообмен происходит при атмосферном давлении. Температура нити измеряется с помощью измерителя типа «ОВЕН» (поз. 6), встроенного в лабораторный модуль.

Жидкость поддерживается в состоянии слабого кипения при температуре, не превышающей ts = 47,15 С - это температура кипения фреона. Сверху ёмкости 2 смонтирован трубчатый холодильник 7, подсоединенный у холодному водопроводу.

Для определения значения тока, проходящего по нити, последовательно к ней подсоединяют сопротивление R = 1 мОм (поз. 8). Значение падения напряжения на измерительном сопротивлении R измеряется вольтметром 5.

4. Порядок выполнения работы

1. Собрать установку по схеме. Перед работой убедиться, что все тумблеры находятся в выключенном положении.

2. Диммер «НАГРЕВ» выведен до щелчка влево (выключен).

3. Подключить воду к трубчатому холодильнику шлангами 9.

4. Включить тумблер «СЕТЬ». Загорится лампочка на «ОВНЕ».

5. Вольтметр В7 - 38 установить в режим «V~».

6. Включить тумблер регулятора напряжения «ТР».

7. Включить тумблер в положение «Uн» (подача напряжения на нить).

8. Подать напряжение на нить, вращая диммер регулятора напряжения по часовой стрелке. Начать с напряжения 0,1 В на вольтметре В7 - 38, выдержать данное напряжение в течение 2 - 3 минут. После истечения этого времени переключить тумблер на положение «Ur», записать показания вольтметра и показания температуры с «ОВНА».

Замечание: так как r = 1 мОм, то сила тока, проходящая через нить, будет:

Численные величины Jн и Ur равны (так как r = 1 мОм). Значения Uн, Ur, Jн и t вносим в таблицу. Остальные величины - расчетные.

9. Повторить опыт, переключая тумблер на Uн и, подавая на нить напряжение 0,2 В, выдержать 2 - 3 минуты, переключить на Ur, записать показания величин в таблицу. Провести таким образом 16 опытов.

Замечание: показания «ОВЕН» не должны превышать 47 С, иначе произойдет испарение фреона.

5. Обработка результатов измерений

1. Средний коэффициент теплоотдачи между проволокой и кипящей жидкостью определяем из соотношения:

или ,

где Q - тепловой поток, Вт;

F - площадь поверхности проволоки;

Дt - разность tн - ts - температурный напор.

2. Плотность теплового потока определяется по формуле:

, Вт/м2

3. Тепловой поток определяется по мощности, выделяемой нитью:

, Вт

4. Поверхность нагрева определяется по формуле:

5. Температура нити определяется из выражения:

,

,

здесь = 0,00393 - температурный коэффициент сопротивления нити при Т0 = 273 К,

R0 = 0,0260 Ом при Т0 = 273 К.

6. Построить графики зависимостей q = f(Дt); = f(Дt); q = f().

6. Данные установки

Материал проволоки

- платина

Сопротивление проволоки при Т0 = 273 К

- R0 = 0,0260 Ом

Температурный коэффициент сопротивления

- = 0,00393 К-1

Диаметр проволоки

- d = 0,5 мм

Длина проволоки

- l = 52 мм

Температура насыщения фреона 114

- ts = 47,15 С

7. Таблица результатов измерений

№ опыта

tж, С

Uн, В

Ur, мВ

Jн = Ur/r, А

Rн = Uн/Jн, Ом

tн, С

tн - tж, С

q = UнJн/F, Вт/м2

, Вт/м2К

1

21,2

0,15

5,29

5,29

0,02835

23,0

1,8

9714,6

5397,0

2

21,8

0,20

6,85

6,85

0,02920

31,3

9,5

16772,5

1765,5

3

22,5

0,25

8,38

8,38

0,02985

37,7

15,2

25648,4

1687,4

4

23,0

0,30

9,71

9,71

0,03090

48,0

25

35662,9

1426,5

5

23,5

0,35

11,0

11,0

0,03175

56,3

32,8

47134,3

1437,0

6

24,0

0,40

12,3

12,3

0,03261

64,7

40,7

60234,0

1480,0

7

24,3

0,45

13,4

13,4

0,03346

73,0

48,7

73823,4

1515,9

8

24,7

0,50

14,6

14,6

0,03431

81,3

56,6

89371,6

1579,0

9

25,4

0,55

15,4

15,4

0,03517

89,7

64,3

103695,6

1612,7

10

26,0

0,60

14,2

14,2

0,04225

159,0

133

104307,7

784,3

11

26,7

0,65

13,8

13,8

0,04710

206,5

179,8

109816,9

610,8

12

27,3

0,70

13,6

13,6

0,05147

249,3

222

116550,4

525

13

28,3

0,75

14,5

14,5

0,05172

255,7

227,4

133139,2

585,5

14

28,9

0,80

15,3

15,3

0,05225

256,9

228

149850,5

656,1

15

29,6

0,85

14,8

14,8

0,05743

307,6

278

154013,0

554,0

8. Расчет

1. Определим ток, протекающий через нить по формуле:

где r = 1 мОм.

Аналогично рассчитываются токи в остальных опытах.

2. Определим сопротивление Rн.

Аналогично рассчитываются сопротивления в остальных опытах.

3. Определим температуру нити.

Аналогично рассчитываются температуры нити и в других опытах.

4. Определим температурный напор

Дt = tн - tж.

Дt1 = 23,0 - 21,2 = 1,8 С

Аналогично определяется температурный напор в остальных опытах.

5. Определим площадь поверхности нагрева.

F = •0,5•10-3 м•52•10-3 м = 8,168•10-5 м2.

6. Определим тепловой поток.

Аналогично вычисляется тепловой поток и для других замеров.

7. Определим коэффициент теплоотдачи .

Аналогично подсчитывается и для остальных опытов.

8. По результатам расчетов построим графики зависимостей q = f(Дt); = f(Дt); q = f().

9. Расчет погрешности измерения

Рассчитываем для максимального значения :

где ДQ = 0,1 Вт; Дd = 0,01 мм; Дl = 1 мм; Дt = 0,1 С.

Окончательный результат запишем с учетом погрешности в виде:

= Д = (5397,0 236,2) Вт/(м2•К)

Размещено на Allbest.ru


лабораторная работаИсследование теплоотдачи при кипении воды в условиях пузырькового режима скачать лабораторная работа "Исследование теплоотдачи при кипении воды в условиях пузырькового режима" скачать
Сколько стоит?

Рекомендуем!

база знанийглобальная сеть рефератов