Метод.для лаб
.2.pdfДОНБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА МЕТАЛЛУРГИИ ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению лабораторных работ по дисциплине: ”Теплотехника” и ”Металлургические печи”
(для студентов дневной и заочной форм обучения) 2,3,4 курсов
Алчевск
ДонГТУ
2007
УДК 669.04.1(075)
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплинам ”Теплотехника” и ”Металлургические печи” (для студентов дневной и заочной форм обучения). /Сост.: А.Н. Романчук, В.Я. Лащев – Алчевск: ДонГТУ, 2007, -56 с.
Методические указания предназначены для студентов по специальностям ”Металлургия черных металлов” и ”Обработка металлов давлением” при изучении дисциплин ”Теплотехника” и ”Металлургические печи”.
Составители: |
А.Н. Романчук, доц., |
|
В.Я. Лащев, доц. |
Ответственный за выпуск |
С.В. Куберский, доц. |
УДК 669.04.1(075)
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт за дисципліною ”Теплотехніка” і ”Металургійні печі” (для студентів дневної та заочної форми навчання). /Укл.: О.М. Романчук, В.Я. Лащев – Алчевськ: ДонДТУ, 2007, - с.
Методичні вказівки призначені для студентів за фахом ”Металургія чорних металів” і ”Обробка металів під тиском” під час вивчення дисциплін ”Теплотехніка” і ”Металургійні печі”.
Укладачі: |
О.М. Романчик, доц., |
|
|
В.Я. Лащев, доц.. |
|
Відповідальний за випуск |
С.В. Куберський, |
доц. |
2
СОДЕРЖАНИЕ |
|
Методические указания к проведению лабораторных работ...................... |
4 |
Лабораторная работа №1. |
7 |
Измерение расхода воздуха напорной трубкой............................................ |
|
Лабораторная работа №2. |
12 |
Опытное определение коэффициентов местных сопротивлений............. |
Лабораторная работа №3.
Опытное определение коэффициента трения при движении газа в тру-
бе................................................................................................................ |
21 |
Лабораторная работа №4.
Опытная проверка уравнения Бернулли при преобразовании пьезометриче-
ского и динамического давления.......................................... |
26 |
Лабораторная работа №5.
Определение теплопроводности материалов через многослойную стен-
ку.............................................................................................................. |
29 |
Лабораторная работа №6. |
37 |
Определение теплопроводности металлов методом стержня.................. |
|
Лабораторная работа №7. |
41 |
Определение степени черноты при передаче тепла излучением.............. |
|
Лабораторная работа №8. |
47 |
Определение стойкости огнеупорных изделий.......................................... |
|
Лабораторная работа №9. |
51 |
Определение теплопроводности материалов............................................. |
3
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
В подготовке высококвалифицированных специалистов в черной металлургий большое значение имеет практическая работа студентов в лаборатории, в процессе которой углубляются их теоретические знания.
Лабораторные работы - обязательная составная часть курсов "Теплотехника и теплоэнергетика металлургического производства", "Нагревательные и термические печи цехов ОМД", программы которых охватывают широкий круг печной теплотехники и теплоэнергетики.
Лабораторные работы выполняются после изучения теоретического материала и защищаются при модульном контроле знаний по каждому разделу, В частности, в первой части рассматриваются работы по модулю №1 "Механика газов, направленные на изучение аэродинамических процессов в промышленных печах.
Каждую работу выполняет подгруппа из 3-4 человек. После выполнения очередной работы каждый студент защищает отчет о ней и сдает коллоквиум по следующей работе.
На одну работу целесообразно отводить 1-2 часа. Отчет о работе каждый студент составляет самостоятельно на развернутых листах. В начале отчета в рамке помещают сведения: слева группа, в середине - название работы, справа - фамилия, имя, отчество студента.
В отчет о лабораторной работе заносятся краткие сведения по теории изучаемого явления, цель работы, схема установки и ее описание, результаты эксперимента в виде таблиц и расчетов для одного варианта (для других - иметь черновики), выводы и список литературы.
До проведения всех работ преподаватель знакомит студентов с конструкцией установок, методикой измерения статического и динамического давлений, ценой делений шкалы применяемых приборов, а также методикой определения плотности воздуха и его расхода в воздухопроводе,
используя барометр и психрометр. |
|
|
|
|
Так, плотность влажного окружающего воздуха |
|
|
||
Рв0 = 0,01[1,292×(100 - w)+ 0,804w] |
Pa273 |
кг / м3 |
(1) |
|
760(t + 273) |
||||
|
|
|
||
где w – содержание водяных паров в воздухе, %, определяемое по зависимости
w = |
100 × f |
, |
(2) |
803,6 + f |
|
f - влажность воздуха, г / м3 , определяют по показаниям сухого tсух и
4
влажного tвл термометров психрометра с помощью специальной номограммы (рис 1.);
Ра - барометрическое давление атмосферного воздуха, мм.рт.ст.; 1,292
и 0,804 - соответственно плотность сухого воздуха и водяных паров при нормальных условиях, г / м3 .
Плотность влажного воздуха в воздухопроводе, кг/м,
|
|
|
|
Ра + |
|
Р1 |
|
tсух + 273 |
|
|
ρ |
в |
= ρ |
с |
13,6 |
× |
, |
(3) |
|||
в |
в |
Ра |
tвозд + 273 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
где ρвс - плотность влажного окружающего воздуха, рассчитанного по
формуле (1); Р1 - избыточное статическое давление воздуха перед измерительной
диафрагмой воздухопровода, мм.вод.ст.;
tвозд - температура воздуха в воздухопроводе, С0 . Плотность воздуха в воздухопроводе без учета влажности, кг / м3
ρвс = 1,292 |
Ра + Р1 |
× |
273 |
, |
(4) |
|
760 |
tвозд + 273 |
|||||
|
|
|
|
|||
Учет влажности наружного воздуха ведется в том случае, |
если этого |
|||||
требует преподаватель.
Кроме плотностей воздуха ρвс и ρвв , необходимо также знать расход воздуха V , м3 / с , при данном эксперименте, средние скорости Uср в
трубопроводе, а также динамические давления в воздухопроводе, которые определяют в лабораторных работах 1-3.
Расход воздуха в воздухопроводе, м3 / с , |
|
||||
V = β |
|
DРд |
, |
(5) |
|
ρво(в) |
|
|
|
||
где β - коэффициент расхода диафрагмы на воздухопроводе принимае-
мый по табл. 1;
DРд - перепад статического давления на измерительной диафрагме,
мм.вод.ст.; ρво(в) - плотность воздуха у измерительной диафрагмы (по формуле (3)
или (4), кг / м3 .
5
Таблица 1
Номер лабораторной |
Коэффициент расхода |
работы |
диафрагмы β |
|
|
1 |
1,04×10−2 |
2 |
5,76×10−3 |
3 |
2,1×10−3 |
Температура сухого термометра, tсух ,0С
Рисунок 1. Номограмма для определения влажности газа Среднюю скорость по сечению воздухопровода, м/с, рассчитывают, зная
6
расход воздуха V |
и площадь сечения трубы |
F: |
||
|
Ucp = V , |
(6) |
||
|
|
F |
|
|
или с учетом внутренних диаметров воздухопровода: |
||||
для диаметра 68 мм |
|
|||
|
U 'cp = 275V , |
(7) |
||
для диаметра 34 мм |
|
|||
|
U ''cp =1102V , |
(8) |
||
Динамические давления, Н / м2 (мм.вод.ст.) |
|
|||
|
Рg = |
U 2cp |
× ρ |
|
|
|
|
||
|
2 ×9,81 |
|
||
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 |
|||
ИЗМЕРЕНИЕ |
РАСХОДА ВОЗДУХА НАПОРНОЙ ТРУБКОЙ |
|||
Цель работы: ознакомиться с методикой определения средней скорости воздуха в трубопроводе методом графического интегрирования и определить для данного воздухопровода расход воздуха - теоретический и практический с помощью диафрагмы.
Метод определения расхода воздуха
Определение расхода воздуха производится с использованием напорной трубки и основано на измерении динамического давления
Рg = |
U 2 cp |
|
× ρво(в) , |
(9) |
|
2×9,81 |
|||||
|
|
|
|||
по которому можно вычислить скорость потока
U = |
|
2×9,81× Pg |
|
= |
|
2 ×9,81 |
× |
|
, |
(10) |
|
|
Pg |
||||||||||
ρво(в) |
ρво(в) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где Pg - динамическое давление, измеренное напорной трубкой и дифференциальным манометром, Н / м2 (мм.вод.ст.);
ρ - плотность воздуха, проходящего по воздухопроводу (определяется по формуле (3) или (4), кг / м3 .
В реальных трубопроводах скорость газа (жидкости) по сечению не
7
одинакова и ее распределение по сечению потока зависит от характера движения газа (жидкости). Следовательно, секундный расход воздуха в трубопроводе.
V = Ucp × F , |
(11) |
где U cp - средняя скорость воздуха в трубопроводе, м/с; F - площадь поперечного сечения трубопровода, м2 .
Для определения средней скорости U cp измеряют скорости воздуха в
разных точках сечения по диаметру, а затем строят кривую поля скоростей и производят ее графическое интегрирование для нахождения U cp .
Для более точных измерений поле скоростей строится при измерениях по диаметру, перпендикулярному начальному.
Описание установки
Работа выполняется на установке 1, схема которой приведена на рис. 2. Вентилятором 1 воздух подается в трубопровод 2, где установлена напорная трубка 3 с полусферической головкой. Перепад статического давления на диафрагме Рg измеряется U - образным манометром 8, вели-
чина динамического давления - микроманометром 4, избыточное давление воздуха в воздухопроводе Pcm 2 - U - образным манометром 5 через шту-
цер 2.
Температура воздуха в воздухопроводе t1 определяется с помощью
термометра 6. Величину перемещения напорной трубки по диаметру трубопровода фиксируют по шкале 7, градуированной в миллиметрах.
На рис. 3 показана конструкция напорной трубки с полусферической головкой. Через осевое сверление наконечника трубки измеряется суммарное давление Р П = Рg + Pcm (штуцер +), а через боковое сверление - статиче-
ское Рст (штуцер -). Дифманометр позволяет измерить непосредственно динамическое давление
Рg = Р П − Рст
8
Рисунок 2. Схема установки
Рисунок 3. Конструкция |
Рисунок 4. Распределение нор- |
мальной напорной трубки |
скоростей по сечению потока |
Порядок проведения работы
1.Напорную трубку 3 передвинуть в самое верхнее положение до упора
изафиксировать ее положение на шкале 7 или масштабной линейке.
2.Включить вентилятор и установить расход воздуха.
3.Измерить барометрическое давление Ра (мм вод.ст.), избыточное статическое давление Pcm 2 (мм.вод.ст), температуру воздуха в воздухопроводе
tв (°С), перепад статического давления на измерительной диафрагме Рg (мм.вод.ст.) и температуру сухого (°С) и влажного tвл (°С) термометров психрометра.
9
4. Произвести замеры динамического давления Рg i в каждой точке текущего диаметра D i трубопровода через каждые 10 мм перемещения трубки.
5.Рассчитать плотность воздуха по указанию преподавателя по формуле
(3)или (4).
6. По измеренным динамическим давлениям |
Рg i и плотности воздуха |
||||||||
ρ |
определить скорость воздуха U i |
в каждой точке текущего диаметра |
|||||||
D i |
по формуле (10). |
|
|
|
|
|
|
||
7. Данные измерений и расчетов занести в табл. 1.1. |
|||||||||
|
|
|
|
Результаты измерений |
|||||
|
Р ст |
мм.рт.ст. |
tсух |
= |
С 0 |
||||
|
Рст 2 |
мм.рт.ст. |
|
tвл |
= |
С 0 |
|||
|
Рg |
мм.рт.ст. |
|
ρ в = |
кг / м 3 |
||||
|
|
|
|
|
t |
= |
|
С 0 |
|
Таблица 1.1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Значение текущего |
|
Динамическое давле- |
|
|
Скорость воздуха, м/с |
|
|||
диаметра, мм D i |
|
ние, мм.вод.ст. |
Pg i |
|
|
U i |
|
||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
8. По результатам расчетов определить среднюю скорость воздуха U ср
методом графического интегрирования. Для этого на миллиметровой бумагу на достаточно большом рисунке нанесли значения U = f ( Di ) (см.
рис. 4), предварительно выбрав удобный масштаб диаметра и значений скоростей. Затем провести кривую поля скоростей, зная, что возле внутренней поверхности трубопровода U 0 = 0 , определить площадь графика,
ограниченную кривой U 1 = f ( D i ) и осью ординат Fгр , мм 2 или см 2 .
Полученную площадь графика разделить на ординату, соответствующую диаметру воздухопровода в выбранном масштабе (мм или см) и получить Uср (мм или см).
Для получения средней скорости найденную величину умножить на при
нятый масштаб скорости, т.е.
10