Współczynnik wnikania ciepła - katedra pieców przemysłowych i

Współczynnik wnikania ciepła - katedra pieców przemysłowych i

POLITECHNIKA
CZESTOCHOWSKA
WYDZIAL INZYNIERII
PROCESOWEJ, MATERIALOWEJ I FIZYKI
STOSOWANEJ
Katedra Pieców Przemyslowych i Ochrony Srodowiska
Termodynamika i technika cieplna
Cwiczenie nr 10
Wyznaczanie wspólczynnika przenikania ciepla dla przegrody
plaskiej.
1
Tematy do przygotowania:
1. Przewodzenie, wnikanie, przenikanie ciepla dla przegrody plaskiej.
2. Opór cieplny.
3. Wspólczynnik wnikania ciepla.
4. Przyrzady do pomiaru temperatury.
5. Budowa stanowiska pomiarowego i przebieg cwiczenia.
W sprawozdaniu nalezy zamiescic:
1.
2.
3.
4.
Cel cwiczenia.
Schemat stanowiska badawczego.
Tabele z otrzymanymi wynikami pomiarów.
Wykres opisujacy wplyw temperatury komory pieca na wspólczynnik przenikania
ciepla.
5. Wnioski.
Cel cwiczenia
Celem cwiczenia jest wyznaczenie wspólczynnika przenikania ciepla dla przegrody plaskiej.
Wykonanie pomiarów i opracowanie wyników
W celu wykonania cwiczenia nalezy dokonac pomiarów zewnetrznej temperatury pancerza,
temperatury otoczenia, wewnetrznej temperatury wymurówki pieca oraz temperatury komory
pieca.
Przykladowy przypadek przenikania (przewodzenia polaczonego z wnikaniem) ciepla dla
przegrody plaskiej przedstawiono na rysunku 1.
t
t'
a2
?
q•
t1
a1
Rys. 2. 1. Schemat obrazujacy przenikanie
ciepla dla przegrody plaskiej
(przewodzenie polaczone z wnikaniem)
t2
t ''
x
d
2
Opór cieplny, w przypadku przenikania ciepla, dla przegrody plaskiej wielowarstwowej
wyznacza sie z zaleznosci:
δ
1
1
R=
+∑ i +
, (m2 .K)/W
(1)
α1
λi α 2
gdzie:
a – wspólczynnik wnikania ciepla, W/(m2 .K),
? – wspólczynnik przewodzenia ciepla, W/(m .K),
d – grubosc przegrody, m.
Wspólczynnik przenikania ciepla jest odwrotnie proporcjonalny do oporu cieplnego:
1
k=
,
W/(m2 .K)
(2)
R
Aby wyznaczyc wspólczynnik przenikania ciepla nalezy wyznaczyc wspólczynniki wnikania
ciepla a 1 (wewnatrz pieca), a 2 (na zewnatrz pieca) oraz wyznaczyc grubosc wymurówki i
wspólczynnik przewodzenia ciepla ? (pominac pancerz pieca).
Wartosc wspólczynnika wnikania ciepla na zewnatrz pieca dla obmurzy ceramicznyc h bez
pancerza lub w pancerzu nie malowanym farma aluminiowa wyznacza sie z zaleznosci:
α 2 = 7,9 + 0,053 ⋅ t" ,
W/(m2 .K)
(3)
natomiast dla obmurza w pancerzu malowanym farba aluminiowa zaleznosci:
α 2 = 7,0 + 0,043 ⋅ t" ,
W/(m2 .K)
(4)
Znajac wspólczynnik wnikania ciepla na zewnatrz przegrody oraz temperature pancerza i
otoczenia, z równania Newtona mozna wyznaczyc jednostkowy strumien ciepla:
•
q = α 2 ⋅ (t 2 − t") ,
W/m2
(5)
Wykorzystujac zjawisko stalosci strumienia cieplnego na przekroju przegrody plaskiej,
równiez z równania Newtona, wyznacza sie wspólczynnik wnikania ciepla wewnatrz
przegrody:
•
q
α1 =
,
t '−t1
W/(m2 .K)
(6)
Znajac wielkosci a 1 , a 2 , ? oraz d, z zale znosci (1) wyznacza sie calkowity opór cieplny, a
nastepnie z zaleznosci (2) wspólczynnik przenikania ciepla. Pomiary wykonac w 10
minutowych odstepach czasu, podczas nagrzewania pieca.
Wyniki pomiarów i obliczen zestawic w tabeli. Wykonac wykres wplywu temperatury
komory pieca na wspólczynnik przenikania ciepla
3
Nazwa wielkosci
Czas pomiaru, min
10
20
30
40
50
60
Grubosc warstwy
wymurówki d, m
Wspólczynnik
przewodzenia ciepla
wymurówki ?,
W/(m .K)
Temperatura otoczenia
t”, ºC
Temperatura
zewnetrzna pancerza
t2 , ºC
Wspólczynnik wnikania
ciepla na zewnatrz
pieca a 2 ,
W/(m2 . K)
Jednostkowy strumien
•
ciepla
q , W/m2
Temperatura wewnatrz
pieca t’, ºC
Temperatura
wewnetrzna
wymurówki t 1 , ºC
Wspólczynnik wnikania
ciepla na wewnatrz
pieca a 1 ,
W/(m2 . K)
Calkowity opór cieplny
R, (m2 . K)/W
Wspólczynnik
przenikania ciepla k,
W/(m2 . K)
Literatura:
1. Hobler T.: Ruch ciepla i wymienniki, WNT, Warszawa 1968.
2. Kieloch M., Kruszynski S., Boryca J., Piechowicz L: Termodynamika i technika
cieplna - cwiczenia rachunkowe, Skrypt PCz., Czestochowa 2006.
3. Kotlewski F.: Pomiary w technice cieplnej, WNT, Warszawa 1972.
4. Kruszynski S., Boryca J., Krezolek I., Wyczólkowski R., Janda T.: Cwiczenia
laboratoryj ne z Termodynamiki i techniki cieplnej, Skrypt SWPCz, Czestochowa
2006.
5. Kulesza J.: Pomiary cieplne, WNT, Warszawa 1993.
6. Michalski L., Eckersdorf K.: Pomiary temperatur, WNT, Warszawa 1969.
4