Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ЛР Теплотехника.doc
Скачиваний:
18
Добавлен:
10.06.2015
Размер:
744.96 Кб
Скачать

4.3. Аппаратура и материалы

Вода из верхней емкости (1) самотеком поступает через змеевик водонагревателя (3) в нижнюю емкость (4). Снизу под змеевиком установлена керосиновая горелка (7). Дымовые газы, проходя через змеевик нагревают протекающую в нем воду, затем удаляются наружу через дымовую трубу (8) под действием силы естественной тяги. Возникновение естественной тяги обусловлено разностью плотностей сред с разной степенью нагретости. Для анализа состава дымовых газов имеется химический газоанализатор (5). Температура дымовых газов определяется с помощью термопары (12) и потенциометра (11).

2 – кран на водяном контуре,

6 – соединительные шланги водяного контура,

9 – шланг отбора дымовых газов,

10 – соединительные провода.

Рис. 4.1 – Схема лабораторной установки

4.4. Указания по технике безопасности

Студенты обязаны выполнять общие требования безопасности согласно Инструкции по охране труда в лаборатории C-108 «Теплотехника. Теплогазоснабжение и вентиляция. Теплотехнические измерения. Строительная теплофизика. Отопление. Теплоснабжение. Теплогенерирующие установки. Энергоснабжение. Охрана воздушного бассейна» кафедры «Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция», утвержденной 26.12.2005 года. Инструктаж по технике безопасности проводится преподавателем под роспись студента в специальном журнале по «Технике безопасности».

4.5. Методика и порядок проведения работы

В данной работе необходимо сравнить значения КПД установки, определенные по прямому и обратному балансу.

I. Определить КПД установки по прямому балансу, это значит найти отношение величин количества тепла полезно воспринятого и тепла выделившегося в камере сгорания.

(4.5)

1. Определяем количество затраченной тепловой энергии, т.е. тепло выделяющееся при сгорании топлива. Эту величину несложно подсчитать, зная удельную теплоту сгорания топлива qт (кДж/кг) и его расход Gт (кг).

,кДж

(4.6)

Удельная теплота сгорания керосина определяется по справочным данным [5]. Для керосина она составит 43 МДж/кг

Расход топлива можно определить путем взвешивания керосиновой горелки до и после опыта. Таким образом, разница в весе и составит расход керосина затраченного на горение.

2. Определяем количество полезно воспринятой тепловой энергии, т.е. тепло которое было воспринято нагревающейся в змеевике водой. Для расчета этой величины потребуется знать количество нагретой воды Gв (кг), ее теплоемкость Ср (кДж/(кг·ºC)), а также потребуется знать на сколько градусов была нагрета эта вода ∆t (ºC).

,кДж

(4.7)

Количество воды нагретой в течении опыта можно определить с помощью мерной емкости.

Для определения температурного перепада ∆t, необходимо будет измерить температуру воды на входе в нагреватель tхол (которая как правило остается постоянной в течении всех опытов) и температуру нагретой воды на выходе из нагревателя tгор. Эти температуры могут быть измерены простым спиртовым термометром.

,ºC

(4.8)

Теплоемкость воды Сp определяется по справочным данным как средняя изобарная теплоемкость при средней температуре tср=(tгор+tхол)/2, ºC.

Для экспериментального определения вышеуказанных величин необходимо выполнить опыт в следующей последовательности.

1. Наполнить верхнюю емкость исходной водой, а нижнюю емкость полностью освободить.

2. Взвесить керосиновую горелку и измерить температуру исходной воды.

3. Поджечь фитиль горелки и установить ее на свое место в топочном шкафу под змеевиком.

4. Открыть кран на водяном контуре, чтобы исходная вода, проходя через змеевик, нагревалась и сбрасывалась в нижнюю емкость.

6. Далее, удостоверившись, что опыт проходит нормально, необходимо выждать некоторое время, для того чтобы выгорела некоторая существенная часть керосина, чтобы потом изменение веса можно было зафиксировать на весах с достаточной степенью точности. Это время назначается преподавателем и рекомендуется не менее 15 мин. В течении этого времени, спустя 5миннут от начала опыта, произвести замер температуры уходящих газов и выполнить анализ продуктов сгорания на газоанализаторе.

5. Когда время опыта подходит к концу, необходимо измерить температуру нагретой сбросной воды. Для этого можно взять спиртовой термометр и опустить его вместе со сбросным шлангом в мерную емкость. Использование данного метода измерения рекомендуется, для того чтобы исключить погрешность, связанную с охлаждением воды в сбросной емкости и недогревом воды в первые минуты опыта, когда идет разогрев установки.

6. По истечении назначенного времени опыта необходимо потушить горелку и перекрыть кран на водяном контуре.

7. С помощью мерной емкости измерить объем нагретой воды и используя значение ее плотности () рассчитать ее вес.

8. Керосиновую горелку снова вытащить и взвесить.

Таким образом, практическая часть опыта закончена. Для удобства вычислений все измеренные величины нужно записывать в протокол опыта, по форме таблицы 4.1. Температуру уходящих газов и результаты газового анализа записать в таблицу 4.4.

Таблица 4.1

№ оп

Вес керосинов. горелки, кг

Температура воды, ºC

Вес нагретой воды, кг

до опыта

после опыта

исходной

нагретой

1

2

3

Таким образом, по выше приведенным рекомендациям необходимо выполнить несколько опытов. Их количество и режим каждого опыта задаются преподавателем.

Затем, чтобы определить значение КПД для каждого опыта, необходимо выполнить соответствующие расчеты, которые рекомендуется сводить в таблицу 4.2. Производимые расчеты для одного любого опыта должны быть подробно представлены с пояснениями.

Таблица 4.2

№ оп

Gт , кг

t, ºC

Gв , кг

Qз , кДж

Qп , кДж

, %

1

2

3

II. Определить КПД установки по обратному балансу, это значит от 100% отнять значения всех потерь тепловой энергии, выделившейся при сгорании топлива.

.

(4.9)

Принимая во внимание, что q4 = 0 иq5 = 5% упростим формулу

.

(4.10)

Определяем долю тепла, которая теряется от химической неполноты сгорания топлива

, %,

(4.11)

где – теплотворная способность топлива,= 43000кДж/кг;

Q3– потеря тепла от неполноты сгорания топлива.

,кДж/кг,

(4.12)

где CPиSP – рабочее содержание углерода и серы в топливе, в % по весу.

Для керосина рабочий состав топлива в % по весу следующий:

CP=86,0; HР=13,7; SP=0; OP+ NР=0,1;

RO2 – трехатомные газы в % по объему, определяемые газовым анализом, причем, при сгорании керосинаSO2=0.

Количество окиси углерода (СО) и азота (N2) определяется на основе полученных данных концентрации кислорода (О2) и углекислого газа (СО2).

, %

(4.13)

, %.

(4.14)

где CO,O2иN2– процентное содержание соответствующих газов в продуктах сгорания.

Потеря тепла с уходящими газами q2равна энтальпии газов удаляемых в атмосферу за вычетом количества тепла, вносимого с топливом и с поступающим в топку воздухом, деленной на теплотворную способность топлива, то есть:

,

(4.15)

где Yyx– энтальпия уходящих газов,кДж/кг;QT– физическое тепло топлива,кДж/кг;QB– энтальпия поступающего в топку воздуха,кДж/кг.

Порядок подсчета величин Yyx,QT,QBприводится ниже.

Энтальпия уходящих газов подсчитывается по уравнению:

,

(4.16)

где – средние объемные теплоемкости газов при постоянном давлении: значения их приводятся в таблице 4.3 в зависимости от температуры, вкДж/(нм3 ·К);tyx– температура уходящих газов,ºС.

Таблица 4.3. – Значение средних объемных теплоемкостей газов и влажного воздуха при постоянном давлении.

Температура ºС

,кДж/(нм3К)

,кДж/(нм3К)

,кДж/(нм3К)

,кДж/(нм3К)

0

1,593

1,293

1,494

1,319

100

1,713

1,296

1,506

1,324

200

1,796

1,300

1,522

1,332

300

1,871

1,307

1,542

1,342

400

1,929

1,317

1,566

1,354

500

1,997

1,329

1,589

1,368

Объем трехатомных газов подсчитывается по уравнению:

,нм3/кг,

(4.17)

где CP,SP– рабочее содержание углерода и серы в топливе в % по весу.

Объем двухатомных газов определяется по уравнению:

,нм3/кг,

(4.18)

где V0– теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания единицы массы топлива, определяемое по уравнению:

,нм3/кг,

(4.19)

где CP,HP,NP,OP– рабочий состав топлива.

Объем водяных паров определяется:

,нм3/кг,

(4.20)

где WP– влажность топлива, для керосинаWP= 0.

Объем избыточного воздуха определяется из выражения:

, нм3/кг,

(4.21)

где – коэффициент избытка воздуха.

Численное значение коэффициента избытка воздуха определяется для каждого режима на основании полученных результатов газового анализа:

,

(4.22)

Таким образом, зная все члены, входящие в уравнение (4.16), подсчитывают величину энтальпии уходящих газов. Температура уходящих газов tyxпри испытании котла замеряется термопарой с последующей записью на вторичном приборе. Значения объемных теплоемкостей компонентов составляющих дымовые газы принимаются из таблицы 4.3 в зависимости от температурыtyx.

Затем определяются QTиQB, входящие в состав уравнения (4.15).

,кДж/кг,

(4.17)

,кДж/кг,

(4.10)

где СТ– средняя теплоемкость топлива, принимаемая для газа равной 1,675кДж/кгК;tТ– температура топлива, принимаемая равной 100С;– коэффициент избытка воздуха;V0– теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания 1кгтоплива,нм3/кг,СВ , tВ– теплоемкость воздуха и его температура.СВберется из таблицы 4.3 в зависимости от температуры.

Осуществляя процесс горения с различными коэффициентами избытка воздуха, подсчитывают потери q2иq3. По полученным значениямидля различных эксплуатационных режимов строят графическую зависимость:

= f().

Зная КПД котла, подсчитывают часовой расход топлива по уравнению:

,

(4.19)

где D– нагрузка котла, то есть производительность по горячей воде,кг/ч;iгв , iхв– энтальпия горячей и холодной воды,кДж/кг.

Для температуры до 100 0С значения энтальпии горячей и холодной воды можно принять численно равными произведению удельной теплоемкости воды (СВ= 4,190кДж/кгК) на ее температуру.

Удельный расход топлива на получение 1 кггорячей воды заданных параметров определяется по формуле:

,кг/кг.

(4.20)

Таблица 4.4.– Экспериментальные значения рабочих параметров и расчетные результаты их обработки.

Измеряемые параметры, расчетные показатели

Обозначение

Единицы измерен.

№ режима

1

2

3

1

2

3

4

Расход нагреваемой воды

D

кг/ч

Температура питательной воды

tпв

0С

Температура горячей воды

tгв

0С

Температура воздуха помещения

tв

0С

Температура топлива (керосина)

tт

0С

Температура уходящих газов

tуг

0С

Состав продуктов сгорания:

Кислород

O2

%

Углекислота

CO2

%

Окись углерода

CO

%

Азот

N2

%

Коэффициент избытка воздуха

б/м

Химический недожог

Q3,q3

кДж/кг, %

Потери с уходящими газами

Q2,q2

кДж/кг, %

КПД

%

Расход топлива

B,b

кг/ч, кг/кг

Рассчитанные значения КПД установки по прямому и обратному балансу необходимо сравнить и сделать соответствующие выводы