Αρχές Μεταφοράς Θερμότητας. Εργαστηριακή Άσκηση 2 Εναλλάκτης θερμότητας

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Αρχές Μεταφοράς Θερμότητας. Εργαστηριακή Άσκηση 2 Εναλλάκτης θερμότητας"

Μωσῆς Φλέσσας
9 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ Αρχές Μεταφοράς Θερμότητας Εργαστηριακή Άσκηση Εναλλάκτης θερμότητας Στέγγου - Σαγιά Αθηνά, Καθηγήτρια Ε.Μ.Π. Βράγκος Βασίλειος, Δρ. Μηχ. Μηχανικός

Θερμότητας Εργαστηριακή Άσκηση Εναλλάκτης θερμότητας Στέγγου -

2 Εργαστηριακή άσκηση Σελ / 11 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Αντικείμενο της άσκησης...3. Περιγραφή της πειραματικής διάταξης Λειτουργία της πειραματικής διάταξης Εκτέλεση της άσκησης Μετρούμενα μεγέθη Επεξεργασία μετρήσεων Υπολογισμός θερμικής διαπερατότητας U του εναλλάκτη...10

Λειτουργία της πειραματικής διάταξης...8 4.

3 Εργαστηριακή άσκηση Σελ 3 / Αντικείμενο της άσκησης Το αντικείμενο της εργαστηριακής άσκησης είναι η κατανόηση της μετάδοσης θερμότητας σε ένα εναλλάκτη θερμότητας με κέλυφος. Συγκεκριμένα γίνεται προσδιορισμός των θερμοκρασιών εισόδου και εξόδου του θερμού και ψυχρού νερού και στη συνέχεια ο υπολογισμός της μέσης λογαριθμικής διαφοράς.. Περιγραφή της πειραματικής διάταξης Ο βασικός εξοπλισμός δηλαδή η συσκευή τροφοδοσίας είναι τοποθετημένος πάνω σε μια βάση από ενισχυμένο συνθετικό υλικό. Η βάση αυτή είναι εξοπλισμένη με τις απαραίτητες υποδοχές για τη συνδεσμολογία όλων των προβλεπόμενων εναλλακτών θερμότητας. Η βάση διαθέτει λεκάνη συγκέντρωσης νερού με δυνατότητα αποστράγγισης εάν κατά την διάρκεια σύνδεσης και αποσύνδεσης του εναλλάκτη διαρρεύσει κάποια ποσότητα νερού.

. Περιγραφή της πειραματικής διάταξης Ο βασικός εξοπλισμός δηλαδή η συσκευή τροφοδοσίας είναι τοποθετημένος πάνω σε μια βάση από ενισχυμένο συνθετικό υλικό.

4 Εργαστηριακή άσκηση Σελ 4 / 11 Κύριο μέρος της συσκευής τροφοδοσίας είναι το τροφοδοτικό δοχείο νερού. Εδώ το νερό θερμαίνεται με τη βοήθεια ηλεκτρικής αντίστασης. Θερμοστάτης προστατεύει το σύστημα από τυχόν υπερθέρμανση του νερού πάνω από τους 75 C. Αισθητήριο στάθμης του νερού εξυπηρετεί την ασφαλή λειτουργία της αντλίας κυκλοφορίας του νερού. Το δοχείο είναι κλειστό για να αποφεύγεται η υπερβολική εξάτμιση νερού. Η θερμική αντίσταση τροφοδοτείται από ηλεκτρονικό relay (solid state relay). Το απαιτούμενο ηλεκτρονικό σήμα προέρχεται από ηλεκτρονικό υπολογιστή μέσω της θύρας USB. Με τη βοήθεια της ηλεκτρικής αντλίας κυκλοφορεί το νερό από το τροφοδοτικό δοχείο προς και μέσα στον εναλλάκτη και πίσω. Η παροχή της αντλίας είναι μεταβλητή μέσω του αντίστοιχου λογισμικού προγράμματος που συνοδεύει την πειραματική διάταξη. Η κατεύθυνση ροής του νερού είναι αντιστρέψιμη. Η παροχή του θερμού νερού μετρείται με σχετικό ροόμετρο το οποίο επίσης μεταφέρει την πληροφορία στο αντίστοιχο λογισμικό μέσω της θύρας USB.

Το δοχείο είναι κλειστό για να αποφεύγεται η υπερβολική εξάτμιση νερού. Η θερμική αντίσταση τροφοδοτείται από ηλεκτρονικό relay (solid state relay).

5 Εργαστηριακή άσκηση Σελ 5 / 11 Η είσοδος ψυχρού νερού του εναλλάκτη συνδέεται με το δίκτυο της ύδρευσης μέσω ρυθμιστή πίεσης ο οποίος προστατεύει την πειραματική διάταξη από τυχόν διακυμάνσεις πίεσης του δικτύου ύδρευσης. Στη συνέχεια είναι δυνατή μέσω ηλεκτροβάνας η ρύθμιση της παροχής του ψυχρού νερού, επίσης μέσω του λογισμικού. Ένα δεύτερο ροόμετρο μετρά την παροχή του ψυχρού νερού. Μέσω ευέλικτων σωληνώσεων γίνεται η σύνδεση του εναλλάκτη με τη συσκευή τροφοδοσίας. Ο εναλλάκτης κελύφους είναι τοποθετημένος στις προβλεπόμενες υποδοχές της βάσης. Τα βέλη δηλώνουν τη φορά του θερμού νερού για λειτουργία του εναλλάκτη σε αντιρροή.

Στη συνέχεια είναι δυνατή μέσω ηλεκτροβάνας η ρύθμιση της παροχής του ψυχρού νερού, επίσης μέσω του λογισμικού.

6 Εργαστηριακή άσκηση Σελ 6 / 11 Στις παρακάτω εικόνες φαίνεται σχηματικά ο εναλλάκτης κελύφους ο οποίος μπορεί να λειτουργήσει σε ομορροή και σε αντιρροή. Η σύνδεση εισόδου και εξόδου θερμού και ψυχρού νερού φαίνεται στην επόμενη εικόνα. Στο πάνελ που βρίσκεται στην εμπρόσθια πλευρά της συσκευής υπάρχουν θύρες εισόδου των απαιτούμενων θερμοστοιχείων, θύρα USB, ενδεικτικές λυχνίες, διακόπτης ON/OFF καθώς και διακόπτης κινδύνου STOP.

Η σύνδεση εισόδου και εξόδου θερμού και ψυχρού νερού φαίνεται στην επόμενη εικόνα.

7 Εργαστηριακή άσκηση Σελ 7 / 11 Στην οπίσθια πλευρά της συσκευής υπάρχουν η πρίζα τροφοδοσίας, ηλεκτρική ασφάλεια καθώς και βοηθητικές πρίζες ηλεκτρικής τροφοδοσίας. Στην επόμενη εικόνα παρουσιάζεται το διάγραμμα λειτουργίας της πειραματικής διάταξης. (Block Diagram HT30XC)

βοηθητικές πρίζες ηλεκτρικής τροφοδοσίας.

8 Εργαστηριακή άσκηση Σελ 8 / Λειτουργία της πειραματικής διάταξης Με τη βοήθεια του λογισμικού της πειραματικής διάταξης είναι δυνατός ο χειρισμός της συσκευής μέσω της οθόνης. Από τα αντίστοιχα εργαλεία του λογισμικού ρυθμίζονται: Η παροχή του ψυχρού νερού Vc Η παροχή του θερμού νερού Vh και Η θερμοκρασία του θερμού νερού Τ1 Στην αντίστοιχη οθόνη παρουσιάζονται οι θερμοκρασίες στην είσοδο και έξοδο του εναλλάκτη καθώς και οι παροχές θερμού και ψυχρού νερού. Η θερμοκρασία του θερμού νερού εισόδου Τ1 Η θερμοκρασία του θερμού νερού εξόδου Τ Η θερμοκρασία του ψυχρού νερού εισόδου Τ3 Η θερμοκρασία του ψυχρού νερού εξόδου Τ4 Η παροχή του θερμού νερού Vh και Η παροχή του ψυχρού νερού Vc Τα μεγέθη αυτά καταγράφονται και αποθηκεύονται έτσι ώστε να είναι δυνατή η περαιτέρω επεξεργασία τους.

θερμοκρασίες στην είσοδο και έξοδο του εναλλάκτη καθώς και οι παροχές θερμού και ψυχρού νερού.

9 Εργαστηριακή άσκηση Σελ 9 / Εκτέλεση της άσκησης Μετρούμενα μεγέθη Αρχικά γίνεται ρύθμιση της παροχής του ψυχρού νερού με τη βοήθεια του λογισμικού μέσω του υπολογιστή. Μετά γίνεται η ρύθμιση της παροχής και της θερμοκρασίας του θερμού νερού και πάλι μέσω του υπολογιστή. Γίνεται καταγραφή ή αποθήκευση των θερμοκρασιών των υπολοίπων θερμοκρασιών αφού περιέλθει το σύστημα σε κατάσταση ισορροπίας. Η παρακολούθηση της μεταβολής των θερμοκρασιών σε σχέση με τον χρόνο είναι εφικτή μέσω του λογισμικού. Γίνονται συνολικά 8 σετ μετρήσεων για λειτουργία του εναλλάκτη σε ομορροή και 8 σε αντιρροή. Προσοχή στη συνδεσμολογία ανάλογα με την λειτουργία του εναλλάκτη σε ομορροή ή αντιρροή! No Vc [l/min] Vh [l/min] T1 [ C] T [ C] T3 [ C] T4 [ C]

Γίνεται καταγραφή ή αποθήκευση των θερμοκρασιών των υπολοίπων θερμοκρασιών αφού περιέλθει το σύστημα σε κατάσταση ισορροπίας.

10 Εργαστηριακή άσκηση Σελ 10 / Επεξεργασία μετρήσεων Υπολογισμός θερμικής διαπερατότητας U του εναλλάκτη Βασική θεωρία Το ρεύμα θερμότητας υπολογίζεται στον εναλλάκτη με βάση την θεωρία της μέσης λογαριθμικής διαφοράς (LMTD) ως εξής: Q A U Tlm Όπου T ( T 1 T ( T T1 T Tlm T1 ln T 1 T ) 3 T 4 ) για την ομορροή και T ( T 1 T ( T 1 T ) 3 T 4 ) για την αντιρροή. Ζητούνται 1. Να γίνουν τα διαγράμματα της κατανομής της θερμοκρασίας κατά μήκος του εναλλάκτη για τα *8 σετ μετρήσεων (ποιοτικά). Να σχολιαστεί η απεικόνιση.. Να υπολογισθεί το ρεύμα θερμότητας και η θερμική διαπερατότητα του εναλλάκτη U για τα *8 των θερμοκρασιών Τ1 Τ4. Nα σχολιάσετε τα αποτελέσματα. No ΔΤlm Q [W] U [W/(m*K)] Για τους υπολογισμούς δίδονται τα γεωμετρικά μεγέθη του εναλλάκτη και οι ακόλουθοι πίνακες. Η επιφάνεια εναλλαγής να υπολογισθεί για μια μέση τιμή διαμέτρου των αγωγών dm = (di+dout)/. Εσωτερική διάμετρος αγωγών di = 0,00515 m Εξωτερική διάμετρος αγωγών dout = 0,00635 m Μήκος αγωγού l = 0,144 m Πλήθος αγωγών n = 7

εξής: Q A U Tlm Όπου T ( T 1 T ( T T1 T Tlm T1 ln T 1 T ) 3 T 4 ) για την ομορροή και T ( T 1 T ( T 1 T ) 3 T 4 ) για την αντιρροή. Ζητούνται 1.

11 Εργαστηριακή άσκηση Σελ 11 / 11

Σχετικά έγγραφα

Εργαστήριο Μετάδοσης Θερμότητας

Εργαστήριο Μετάδοσης Θερμότητας ΑΣΚΗΣΗ ΕΝΑΛΛΑΚΤΩΝ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΚΟΠΟΣ Ο υπολογισμός του μεταφερόμενου ποσού θερμότητας σε εναλλάκτη ομόκεντρων σωλήνων, ο συνολικός θερμικός βαθμός απόδοσης, οι θερμοκρασιακές αποδόσεις των δύο ρευμάτων