p		− p	2		u2	− u2		v2	− v2
T' =	1				+	1	2	−	2	1 .	(8)
		ρC				2C			2C

Так как для несжимаемой жидкости осевая составляющая скорости не меняется U1=U2, то выражение (6) примет вид

	1		p	− p	2		v2	− v2
T' =			1			−	2	1		(9)
				ρ				2
	cτ

Выражение (3) и (4) справедливы для изотермической модели течения вязкой несжимаемой жидкости; темп подогрева целесообразно оценивать за промежуток времени, для которого изменение температуры жидкости не влияет на гидродинамическую картину течения.

Поэтому можно сделать следующие выводы: интенсивность подогрева жидкости в вихревом гидравлическом теплогенераторе будет зависеть от параметров жидкости на входе, распределения окружных, осевых скоростей и давления по радиусу и длине теплогенератора. Экспериментальное измерение этих параметров позволит найти практическое подтверждение физической картины течения жидкости внутри теплогенератора: наличие двух вихревых потоков, периферийного – свободного и приосевого – вынужденного, оценить эффективность энергообмена вихревых течений жидкости и уточнить температуру подогрева жидкости.

Описание лабораторной установки

Конструктивная схема лабораторной установки приведена на рис. А.8.8. Она включает в себя: теплогенератор вихревой гидравлической конической формы (ТВГК), насос марки БЦ-11-18У1 с электроприводом, расширительный бачок, контрольно-измеритель- ную аппаратуру: счетчик расхода горячей воды, манометры р1; р2; р3, хромель-копелевые термопары Т1...Т8, ваттметр.

234

Рис. А.8.8. Принципиальная схема стенда для испытаний ТВГК:

1 – теплогенератор; 2 – насос; 3 – электродвигатель; 4 - ваттметр; 5 - бак; 6 - расходомер; р1, р2, р3 – манометры; T1, T2 ...T8 – термопары; К1...К3 – вентили

Датчики для измерения давления и температуры воды установлены на входе и выходе теплогенератора, а также на соединительных трубопроводах (рис. А.8.8). Датчики давления позволяют измерять полное и статистическое давление.

Методика проведения эксперимента

Основными параметрами уравнения (9), зависящими от температуры, является плотность ρ и вязкость υ. В интервале температуры от 10 до 100 °С изменение этих величин несущественно влияет на характер течения воды. Значительное влияние на работу теплогенератора оказывает процесс парообразования. Интенсив-ность испарения возрастает с ростом температуры. Поэтому эксперимент

235

следует проводить при умеренных температурах: от 10 до 50 °С в интервале слабого парообразования.

Перед началом испытаний проводятся операции тщательного удаления воздуха из системы. Записываются показания регистрирующих приборов. Данные заносятся в табл. 1. После включения насоса все параметры регистрируются через равные промежутки времени - 5 минут в течение 40-50 минут непрерывной работы насоса.

Обработка результатов эксперимента

1. Определить средний расход м3/с по времени работы установки и показаниям счетчика горячей воды:

V' = Vr − Vo

τ

Vr , V0 - показания счетчика в момент времени τ и в момент пуска τ = 0.

2. Подсчитать по расходу осевую среднеобъемную скорость движения воды в корпусе теплогенератора:

U1 = V F1

Здесь F1 - площадь сечения теплогенератора: F =		πd	2
			т	,
	1	4
dт = 42.10-3 мм
3.	Подсчитать циркуляцию потока в сопловом			сечении
H = U1Rc, где Rc - радиус среднего сечения сопла.
4.	Подсчитать тангенциальную скорость закрученного потока

на входе и выходе из теплогенератора, считая циркуляцию H= const

V1 = H RC

5. Подсчитать удельную и полную теплопроизводительности из выражения (3)

236

h =	p − p		2			v2		− v2
	1			−		2		1
c		ρ						2
Hc		= Gh = Qв
6. Подсчитать темп подогрева, сравнить с полученным из экс-
перимента:
	T	=	tk − to
	э				τ
Ε =	T −		Tэ			100%
		T
7. Подсчитать число Рейнольдса на входе и выходе из тепло-
генератора.
		v1d			u2Rc
Re =		νв	=			ν
8. Найти полную теплопроизводительность вихревого гидрав-
лического теплогенератора

mв Tв – тепло, пошедшее на нагрев воды;

Qвод = св mв Tв;

Qмет=смет mмет Tмет - тепло пошедшее на нагрев металла; Здесь св, смет - теплоемкости воды и металла;

mв, mмет - масса воды в системе и металлоконструкции;

св = 4178 Дж/кг К, смет = 462 Дж/кг К; mв = 6 кг, mмет = 42 кг;

Qпот = α Fсист (Tw - Tf) τ - потери тепла за время проведения эксперимента τ;

α = 10 Вт/м2 К - коэффициент теплоотдачи; F = 0,5 м2. 9. Подсчитать коэффициент преобразования энергии:

ϕ = Qпол .

Qзат

10. Записать результаты расчета в табл. 1 и 2.

237

Таблица 1. Рабочие параметры теплогенератора

	№			Измеренные величины
	п/п	τ, мин	t1, °C	t2, °C	t3, °C	t4,	V,	P1,	P2,
						°C	м3	105 Па	105 Па
	1
	2
	3
	4
	5
	6
	Nзат,	Тд,	V,	h,	h1,	P3*,	P4*	P3,	P4,
							,
	кВт	°С/мин	м3/час	мм.ст.H20	мм.ст.H20	Па		Па	Па
							Па

Таблица 2. Рабочие характеристики теплогенератора

Рассчитанные величины

	U,	V1,	V2,	Тр,	Qв,	Qм,	Qпот,	ϕ,	ε,
	м/с	м/с	м/с		Дж	Дж	Дж	%	%
				°С/мин

Контрольные вопросы к работе

1.Почему при течении вязкой несжимаемой жидкости происходит ее подогрев?

2.Почему для условий течения воды в теплогенераторе для широкого интервала изменения температур, ее можно рассматривать как изотермическую жидкость?

3.Что такое теплопроизводительность ТВГК?

238

4.Чем объяснить расхождение между теоретическим и экспериментальным значением тепла подогрева жидкости?

5.Что такое коэффициент преобразования энергии?

6.Что такое темп подогрева?

239

Приложение Б

Лабораторный практикум (численный)

Электронные тесты к лабораторным работам № 2…5

240

241

242

243

244

245

246