РОЗДІЛ 2
БУДОВА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЇ УСТАНОВКИ, МЕТОДИКИ ДОСЛІДІВ, МАТЕМАТИЧНА ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Будова експериментальної установки
Для виконання досліджень була створена експериментальна установка (рис 2.1).
Рис. 2.1. Схема лабораторної установки для дослідження:
1 - рама; 2 - резервуар з водою; 3 - насос з електродвигуном; 4 - трубопровід; 5 - манометр; 6 - вентиль; 7 - водомір; 8 - теплообмінник; 9 - насос; 10 - дзеркальний гальванометр; 11 - багатоточковий перемикач; 12 - потенціометр ППТН-1; 13 - термостат; 14 - підведення до холодильника (на схемі не показаний); 15 - терморегулятор; 16 - мішалка; 17 - електронагрівач; 18 - гідродинамічні трубки; 19 - термостат; 20 - ватметр.
Основною частиною установки є теплообмінник 8 з верхньою і нижньою з'ємними кришками. Для виміру швидкості і тиску використовувались різні теплообмінники. Один з них - сталевий з діаметром кожуха 150 мм, мав 37 трубок діаметром 14?1,5 мм, другий був виготовлений з прозорих полімерних матеріалів (діаметр кожуха 180 мм, діаметральний ряд складається з 7 труб, dтр = 14?1,5 мм) і служив для дослідження розподілу тиску у колекторній камері і в трубах. У нижню частину трубного простору рідина подається з термостату 2, за допомогою якого підтримується її температура на потрібному рівні, насосом 3. У зв'язку з тим, що за рахунок тертя в насосі відбувається підвищення температури рідини, створена можливість для циркуляції останньої через холодильник 14, який являє собою змійовик, занурений у ємність, в яку поступала вода з водогону. У міжтрубний простір теплообмінника 8 подається гаряча вода, температура якої встановлюється і підтримується за допомогою термостату 19. Витрата рідини, що подається в трубний і міжтрубний простори теплообмінника, регулюється вентилями 6, загальна витрата визначається водомірами 7. Тиск рідини вимірюється за допомогою гідродинамічних трубок 18, нижні кінці яких введені у певну ділянку теплообмінника, а верхні закріплені на лінійній шкалі, швидкість у кожній трубці - водяним лічильником.
Температура води на вході й виході для трубного простору визначалась за допомогою метастатичного термометру з ціною поділки 0,10.
Температура стінки трубки вимірювалась з боку холодного і гарячого теплоносіїв за допомогою мідь-константанових диференціальних термопар з товщиною дроту 0,2 мм. Як вимірювальний прилад використовувався дзеркальний гальванометр типу М-17 в комплекті з потенціометром ППТН-1. Перед тим, як термопари запаювалися у стінку, вони попередньо градуювалися. Схема градуювання наведена на рис. 2.2.
При таруванні ті спаї, які потім уварювались у стінку, поміщалися в термостат 1 з регульованою температурою з точністю ?0,1?С, а інші спаї - в термостат 2, в якому вони знаходились при температурі криги, що тане (t=0?С). Термоелектрорушійна сила термопар за допомогою багатоточкового перемикача 3 вимірялася компенсаційним методом потенціометром 6 марки ППТН-1 в комплекті з дзеркальним гальванометром 4 марки М17/9 і насиченим нормальним елементом Вестона 2-го класу 5.
Рис.2.2. Схема градуювання диференціальних термопар:
1 - термостат з температурою, що регулюється; 2 - термостат з кригою, що тане; 3 - багатоточковий перемикач; 4 - дзеркальний гальванометр; 5 - живильний елемент; 6 - потенціометр ППТН-1.
Теплообмінник постачений комплектом кришок, які забезпечують осьове і бокове (радіальне і тангенціальне) введення рідини в апарат (рис. 2.3).
абв Рис. 2.3. Конструкції кришок (колекторів) для теплообмінного апарату: а - кришка для осьового введення рідини; б - кришка для радіального введення рідини; в - кришка для тангенціального введення рідини.
Для вирівнювання швидкостей в трубах теплообмінника виготовлені вставки
(рис. 2.4):
- плоскі з отворами (d=10 мм), розташованими в коридорному порядку, які мають площу живого перерізу, рівномірно розподілену по усій площині (рис. 2.4 а). Такі вставки використовувались в роботі [81];
- плоскі з розташуванням отворів однакового розміру (d=10 мм) (рис. 2.4 б) по концентричних колах. У цьому разі площа живого перерізу була нерівномірно розподіленою по поверхні вставки;
- конусна вставка з отворами однакового розміру (d=10 мм) (рис. 2.4 в).
Характеристики вставок наведені в табл. 2.1. Для розрахунку опору розподільної вставки в залежності від площі вільного перерізу використовували формулу (1.17).
Таблиця 2.1
Характеристика вставок, що використовувались в роботі
Плоскі вставки з рівномірним розташуванням отворів по площині в коридорному порядкуКількість отворівДіаметр отворів, ммКрок, ммПлоща вільного перерізу Коефіцієнт місцевого опору ?2510300,121616910210,18615110180,24327810140,3611Плоска вставка з розташуванням отворів по концентричних колахЗагальна кількість отворівДіаметр отворів, ммФрагмент вставкиКількість отворів Площа вільного перерізу Коефіцієнт місцевого опору ?3710Центральний40,1677Периферійний330,17693710Центральний70,2822Периферійний300,1677
Продовж. табл. 2.1
3710Центральна30,12116Проміжна90,1377Периферійна240,1464Конусна вставка з розташуванням отворів по концентричних колахЗагальна кількість отворівДіаметр отворів,
ммВисота,
ммПлоща вільного перерізу Коефіцієнт місцевого опору ?3710300,1677
абвг
Рис. 2.4. Вставки, що використовувались при проведенні досліджень: а - з отворами, розташованими в коридорному порядку; б - плоска фіксована вставка з розташуванням отворів (d = 10 мм) по концентричних колах; в - конусна вставка; г - допоміжна вставка, що використовувалась при розрахунку площі отворів по площині вставки.
Вставка встановлюється в кришці апарату за допомогою стійки, яка служить також для регулювання відстані вставки до трубної решітки (рис. 2.5). Пропонується два види стійок - з фіксованим положенням вставки (р