Метод.для лаб

5. По окончании работы все переносные приборы сдаются преподавателю (лаборанту).

Рекомендуемая литература

1.Металлургическая теплотехника: В 2 т. Т.1. Теоретические основы: Учеб. для вузов /В.А.Кривандин, В.А. Арутюнов, Б.С. Мастрюков и др. -

М.: Металлургия, И8б, - С. 88-94.

2.Казанцев Е.И. Промышленные печи: Справочник. - М,: Металлургия.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 ОПЫТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ ПРИ

ДВИЖЕНИИ ГАЗА В ТРУБЕ

Цель работы: практически ознакомиться с потерями давления в результате трения и определить площади эквивалентного отверстия fэкв .

Методика проведения работы

Потери давления при движении газа по прямой трубе объясняются трением о его стенки.

Потери на трение

DР = λ	L	×	U 2	× ρ = λ	L	Pg
тр	D		2g		D

где L - длина трубопровода, м;

D- диаметр трубопровода, м;

λ- коэффициент потери давления на трение, зависящий от режима движения газа в трубопроводе.

При ламинарном движении

λ= Re64

ине зависит от шероховатости стенки.

21

При турбулентном режиме и гладких стенках

λ = 0,316

Re0,25

При турбулентном режиме и шероховатых стенках коэффициент сопротивления трения является функцией от числа Рейнольдса и от размера, формы и характера расположения шероховатостей,

λ = U (Re,ε )

Площадь эквивалентного отверстия - это площадь отверстия с тонкими кромками, эквивалентного по расходу газа V и разности давлений в на-

чале и конце системы газопровода P .

Порядок проведения работы

1.Опытное определение потерь давления на трение выполняется на установке №3 на прямом участке 1-2 (рис. 11).

2.Провести три опыта. Расход воздуха на каждом опыте устанавливается преподавателем.

Результаты замеров занести в табл. 3.1.

	Pа =	мм.рт.ст.
	tсух =	С0 - температура сухого термометра;
	tвл =	С0 - температура влажного термометра;
	L = 4,33 м – для установки №1;
	L = 4 м – для установки №2;
	D = 0,034 м.
Таблица 3.1
	Номер	С0 t1 ,	P0 ,	Pg ,	P1−2 ,	P3
	опыта	мм.в.ст.	мм.в.ст.	мм.в.ст.	мм.в.ст.	мм.в.ст.
	1
	2
	3
	После проведения замеров провести расчеты в следующем порядке:
	1. Плотность воздуха у измерительной диафрагмы ρ					по формуле (3)

или (4).

2.Расход воздуха V по формуле (5).

3.Среднюю скорость U" и динамическое давление Рg'' в воздухопро-

22

воде малого диаметра по формулам (8) и (9).

4. Коэффициент сопротивления трения (опытный)

λ = DР1−2 × D Pg'' × L

5. Для оценки точности опытного определения необходим предварительно рассчитать критерий Рейнольдса

Re = U '' × D ,

υ

где υ - коэффициент кинематической взаимосвязи воздуха, м2 / с , его значение приведено в табл. 3.2.

Таблица 3.2

С0	0	10	20	30
x10−6 , м2 / с	13,3	14,3	15,3	16,3

Рисунок 11. Установка аэродинамического тракта (к лабораторной работе 3).

23

Затем в случае ламинарного режима ( Re £ 2100 ) рассчитать δ (шероховатость неравномерная, мм) по формуле (19), а в случав турбулентного режима ( Re ³ 2300 ) по графику рис. 12.

Для стальных металлических труб данной установки можно принять

δ= 0,1- 0,12мм , Dвн = 34мм - внутренний диаметр трубы.

6.По разности давлений, мм в.ст., в начале и в конце системы воздухопровода

åDРпот = Р0 - Р3

определить площадь ( м2 ) эквивалентного отверстия с острыми кромками

	fэкв	=				V		, (23)
			ε		2	×9,81åDPпот
						ρ

где ε - - коэффициент сужения струи, ε = 0,63. Результаты расчетов свести в табл. 3.3.

Таблица 3.3

№		ρ,		V ,	U '' ,	Pg''			DР1−2
опыта		кг / м3		м3 / с	м / с	мм.в.ст.
1
2
3
λ опыт.			Критерий		λ по ф-ле (19)			åDРпот = Р1 - Р3			fэкв
			Re
по ф-ле					или по рис 12.			мм.в.ст.
(21)											м2
1
2
3

24

Рисунок 12. Зависимость коэффициента трения от шероховатости стенки

Контрольные вопросы

1.Как изменяется коэффициент потери давления на трение при изменении расхода воздуха?

2.Как изменяется площадь эквивалентного отверстия при изменении расхода воздуха?

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ:

1.Приступать к выполнению лабораторной работы только с разрешения преподавателя.

2.При обращении со стеклянными приборами соблюдать осторожность

ибережное обращение.

3.Запуск и остановку вентилятора производит лаборант по указанию преподавателя или преподаватель.

4.Не загораживать выход воздуха из установки.

5.По окончании работы все переносные приборы сдаются преподавателю (лаборанту).

Рекомендуемая литература

1.Металлургическая теплотехника: В 2 т. Т,1. Теоретические основы: Учеб. для вузов/ В.А Кривандин, В.А. Арутюнов. Б.С. Майстрюков и др. - М.: Металлургия, 1986. - С. 88-94.

2.Казанцев Е.И. Промышленные печи: Справочник. – М.: Метал-

лургия, 1975. – С 235.

25

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4 ОПЫТНАЯ ПРОВЕРКА УРАВНЕНИЯ БЕРНУЛЛИ ПРИ

ПРЕОБРАЗОВАНИИ ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКОГО И ДИНАМИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ

Цель работы: опытно изучить преобразование динамического давления в пьезометрическое и наоборот.

Работу проводить на участках 10 – 11 (диффузор) и 12 – 13 (конфузор) в воздухопровода (см. рис. 9).

Схема конфузора и эпюра давлений показаны на рис. 13.

По уравнению Бернулли Р1 + Рg1 = P2 + Pg2 + Pпот ,
по формуле (9)
P	- потерянное давление,	Н / м2 (мм.в.ст.);
пот	Pпот = (P1 + Pg1) − (P2 + Pg2 )
			(24)
На рис. 14 показана схема диффузора и эпюра давлений.
Здесь Рg1 = Pg'' , Pg2 = Pg'		Н / м2 (мм.в.ст.);
Pпот	определить по формуле (24).

Порядок проведения работы

1.Опыты проводить на трех расходах воздуха.

2.Перед началом работы выполнить замеры для определения плот-

ности и расхода воздуха. Результаты занести в табл. 4.1.

P =

Н / м2

(мм.рт.ст.);

а

tсух

=

С0 - температура сухого термометра;

tвл

=

С0 - температура влажного термометра;

Таблица 4.1

№

По результатам замеров

По результатам расчетов

t1

P1

Pg

P10

P11

P12

P13

ρ

V3

U '

U ''

Pg '

Pg ''

1

2

3

26

Рисунок 13. Схема конфузора и эпюра давлений

Рисунок 14. Схема диффузора и эпюра давлений

По результатам замеров следует произвести расчеты в следующем порядке:

1. Плотность воздуха ρ у измерительной диафрагмы по формуле (3)

или (4).

2.Расход воздуха V по формуле (5).

3.Средние скорости воздуха в воздухопроводе U ' и U '' по формулам

(7)и (8).

27

4. Динамические давления Pg' и Pg''

по формуле (9).

Результаты этих расчетов занести в табл. 4.1.

Дальнейшие расчеты занести в табл. 4.2.

Таблица 4.2

№

Конфузор

Диффузор

P

Pg12

åP

P

Pg13

Pпот

P

Pg10

åP

P

Pg11

Pпот

Pпот

12

13

10

11

расч.

1

2

3

5.Потерянное давление DPпот по формуле (24).

6.По результатам замеров и расчетов под эскизами конфузора и диффузора в масштабе построить эпюры давлений для каждого опыта отдельно

(по 3 эпюры).

7. Кроме того, для диффузора необходимо определить потерю давления расчетным путем

DPпот. расч = k × Pg1 = k × Pg'' ,

где k = kвыхβ - коэффициент потери давления в диффузоре;

kвых - по графику рис. 10.

Поправочный коэффициент β определить по графику рис. 15 в зависи-

мости от угла раскрытия диффузора.

Угол раскрытия диффузора можно определить по формуле (25)

tg	α	=	D - d	,	(25)
	2		α ×l

tg α = 68 - 34 = 0,17 ® α =100. 2 2×100

Полученные результаты DPпот сравнить с опытными.

Контрольные вопросы

1.Что такое конфузор?

2.Что такое диффузор?

3.Назначение конфузора и диффузора.

28

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ:

1.Приступать к выполнению лабораторной работы только с разрешения преподавателя.

2.При обращении со стеклянными приборами соблюдать осторожность

ибережное обращение.

3.Запуск и остановку вентилятора производит лаборант по указанию преподавателя или преподаватель.

4.Не загораживать выход воздуха из установки.

5.По окончании работы все переносные приборы сдаются преподавате-

лю (лаборанту).

Рекомендуемая литература

1. Металлургическая теплотехника: В 2 т. Т.I. Теоретические основы: Учеб. для вузов / В.А. Кривандин, В.А. Арутюнов, Б.С. Мастрюков и др. – М.:

Металлургия, 1986. – С. 88 – 94.

Казанцев Е.И. Промышленные печи: Справочник. – М.: Металлургия,

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ ЧЕРЕЗ

МНОГОСЛОЙНУЮ СТЕНКУ

Цель работы: Познакомиться с математическим и графическим методом определения теплопроводности материалов через многослойную стенку.

Общие сведения

В природе широко распространены процессы, связанные с переносом массы и энергии. Сюда относятся молекулярная и турбулентная диффузия, вязкость и теплопроводность.

Механизм передачи тепла теплопроводностью весьма сложен. Колебательные движения атомов в кристаллической решетке твердого вещества способствуют передачи тепла в теле. Кроме того, в металлах тепло переносится электронами проводимости, образующими "электронный газ" или электронную плазму, пронизывающую кристаллическую решетку. Большая электропроводность тела сопровождается и высокой теплопроводно-

29

стью.

Показателем способности проводить тепло является коэффициент теплопроводности λ = λк + λэ , который состоит из двух слагаемых:

λк - проводимость, зависящая от колебательных движений атомов в решетке, и λэ - проводимость, обязанная обмену электронами. Опыт показы-

вает, что у металлов λэ >> λк .

Пористая структура вещества усложняет процесс теплопроводности ещё более. Теплопроводность заменяется совместным действием различных видов теплопередачи. В порах тепло передаётся излучением от одной перегородки к другой. Перегородки являются экранами. Поры заняты газами, теплопроводность газов очень мала, конвекция в микропорах также незначительна. Это уменьшает теплопроводность материала. Все это сказывает-

ся на коэффициент теплопроводности λ , который в этом случае уже не выражает собой чистую теплопроводность материалов, а представляет собой условную величину, эквивалентно заменяющую совместное действие теплопередачи различных видов внутри пористого тела.

Тепло переходит в телах от более нагретой массы к менее нагретой. Разность температур является необходимым условием теплопередачи.

В случае одномерного потока теплопередача теплопроводностью может быть описана уравнением Фурье:

q = -λ × dxdt ккал / м2час,

где q - удельный тепловой поток, который показывает, сколько больших

калорий тепла передаётся через 1 м2 поперечного сечения тела в 1 час. Знак минус перед правой частью поставлен потому, что с увеличением значения х температурах t уменьшается, т. е. приращение температуры dt отрицательно.

Величина λ - коэффициент теплопроводности материала; он показывает,

сколько тепла передаётся через 1 м2 поперечного сечения тела в 1 час, когда длина проводника в направлении теплового потока равна 1 м и разность температур на концах тела равна 1°. Величина λ , зависит от технического состава, физической структуры, температуры материала проводника и др. Определяют λ экспериментально или по эмпирическим формулам из справочника.

В твёрдых телах теплопроводность в зависимости от температуры изменяется по-разному. Теплопроводность материалов с плотной кристаллической структурой (без пор) по мере повышения температуры, как правило,

30