РАЗДЕЛ 2
МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОВОЛОЧНЫХ ТЕПЛООБМЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
2.1. Экспериментальный стенд для исследования характеристик теплообменных
поверхностей
Исследования тепловых и аэродинамических характеристик различных конструкций
проволочных теплообменных поверхностей проводились на экспериментальном стенде,
представляющем собой разомкнутую аэродинамическую трубу. Общий вид стенда
представлен на рис. 2.1.
Конструктивно стенд состоит из узлов, представленных на рис. 2.2.
Все испытания по вынужденной конвекции проводились в равномерном потоке
воздуха.
Измерительные выходы контрольных датчиков температуры 4 и термоанемометра 5
подключались к измерительному комплексу 12 (Ш711/1И), который был подключен к
компьютеру 13. Питание термоанемометра осуществлялось через ваттметр 6
(ваттметру – измерительный комплекс К505 класса точности 1,0) и регулятор 7
температуры (лабораторный автотрансформатор – (ЛАТР)), так же, как и испытуемой
модели 9, расположенной на выходе из аэродинамической трубы. На входе в
аэродинамическую трубу размещался центробежный вентилятор 2 (Systemair K315L,
расход воздуха без нагрузки 1800 м3/ч, частота вращения 2480 об/мин,
электрическая мощность 310 Вт). Он подключался к сети через регулятор 1
оборотов (для управления расходом воздуха) электродвигателя вентилятора 2 и
стабилизатор напряжения 17. Канал необходимых размеров формировался с помощью
переходных воздуховодов 10 и 11. В воздуховоде 11 размещался измерительный щуп
дифференциального микроманометра 8 (ММН–240, класс точности 1,0) для измерения
аэродинамического сопротивления.
а)
б)
Рис. 2.1. Общий вид стенда для исследования характеристик теплообменных
поверхностей:
а) – аэродинамическая труба с испытываемым теплообменником;
б) – приборная часть стенда.
Рис. 2.2. Экспериментальный стенд:
1 – регулятор оборотов электродвигателя;
2 – вентилятор;
3 – расширительная камера;
4 – датчики температуры;
5 – термоанемометр;
6 – ваттметр;
7 – регулятор температуры;
8 – измеритель перепада давления (микроманометр);
9 – исследуемая модель;
10 и 11 – переходные воздуховоды;
12 – измерительный преобразователь Ш711/1И;
13 – компьютер;
14 – экраны;
15 – выравнивающая сетка;
16 – соединительные провода;
17 – стабилизатор напряжения.
Расход воздуха вентилятора 2 через аэродинамическую трубу измерялся
предварительно отградуированным термоанемометром 5. Для измерения и контроля
температуры использовались интегральные датчики температуры 4 с высокой
чувствительностью, которая позволяла определять разницу температур воздуха и
контролировать тепловую мощность, транспортируемую воздухом относительно
входной температуры. Термоанемометр 5 аэродинамической трубы был защищен
экранами от влияния теплового излучения.
Стенд был тщательно герметизирован во избежание возникновения утечек и
изолирован для минимизации тепловых потерь.
2.2. Методики исследования проволочных теплообменных поверхностей
2.2.1. Методика градуировки «эталонного» термоанемометра в аэродинамической
трубе
Для проведения тепловых и аэродинамических исследований создавались специальные
датчики скорости на базе термокабеля, где вместо стальной брони по всей длине
нагревателя наматывался медный провод диаметром 0,1–0,2 мм, являющийся
термометром сопротивления. Таким образом, стало возможным измерять среднюю
температуру поверхности нагревательного элемента, и, зная поданную на
чувствительный элемент электрическую мощность, его геометрические размеры и
разность между температурой поверхности чувствительного элемента и температурой
воздуха, получить среднеинтегральный коэффициент теплоотдачи.
Благодаря своей гибкости, чувствительный элемент можно уложить различными
способами, подстраиваясь под форму канала. Размещая его равномерно по сечению
канала и проградуировав датчик по коэффициенту теплоотдачи в зависимости от
скорости или расхода, можно измерить их величину в сечении канала. Плотность
теплового потока на поверхности чувствительного элемента была практически
одинаковой по всей его длине, в связи со слабой зависимостью электрического
сопротивления центральной жилы от температуры.
Для измерения расхода воздуха в аэродинамическую трубу был встроен «эталонный»
термоанемометр 5 (см. рис. 2.2) на базе термокабеля, имеющий форму пружины и
размещенный по всему поперечному сечению канала. Предварительно производилось
выравнивание потока перед датчиком с помощью сеток. Экраны, стоящие с двух
сторон от термоанемометра, служили для уменьшения влияния радиационной
составляющей теплообмена на показания датчиков температуры, размещенных с обеих
сторон термоанемометра за экранами.
Все измерения коэффициента теплоотдачи проводились методом постоянной
температуры, предполагающим поддержание температуры поверхности чувствительного
элемента постоянной.
При градуировке «эталонного» датчика скорости на выходе из расширительной
камеры 3 (см. рис. 2.2) вместо переходных воздуховодов устанавливалось сопло
Ветошинского диаметром 100 мм. Образующая профильной части сопла рассчитана по
формуле Ветошинского, что позволяет на выходе сопла получать равномерный поток
воздуха. Такие сопла характеризуются коэффициентом поджатия, равным отношению
площадей поперечного сечения на входе и выходе. Чем больше коэффициент
поджатия, тем равномернее получается поток. Для градуировки «эталонного»
датчика скорости использовались сопла с коэффициентами поджатия от 4 до 100.
Неравномерность воздушного потока при этом не превышала 1 %. Динамическое
давление на выходе из сопла измерялось микроманометром с наклонной трубкой
ММН–240, после чего пересчитывалось в скорость воздушного
- Киев+380960830922