Wyznaczanie alfa

POLITECHNIKA
CZESTOCHOWSKA
WYDZIAL INZYNIERII
PROCESOWEJ, MATERIALOWEJ I FIZYKI
STOSOWANEJ
Katedra Pieców Przemyslowych i Ochrony Srodowiska
Termodynamika i technika cieplna
Cwiczenie nr 9
Wyznaczanie wartosci stosunku nadmiaru powietrza spalania
na podstawie parametrów przeplywowych.
1
Tematy do przygotowania:
1. Strumien przeplywu.
2. Budowa i zasada dzialania rotametru.
3. Wartosc stosunku nadmiaru powietrza spalania.
4. Zasada dzialania analizatora TESTO 350.
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 i obliczen.
Wnioski.
Cel cwiczenia
Celem cwiczenia jest wyznaczenie wartosci stosunku nadmiaru powietrza spalania na
podstawie parametrów przeplywowych oraz porównanie z wynikami pomiarów
przeprowadzonych za pomoca analizatora Testo 350.
Przeplywomierze plywakowe
Do najbardziej rozpowszechnionych przyrzadów tej grupy naleza rotametry, które sluza do
pomiaru strumienia objetosciowego cieczy i gazów. Ich zaletami w porównaniu z innymi
przeplywomierzami sa:
- równomiernosc podzialek,
- zdolnosc do pomiaru niewielkich przeplywów,
- nieznaczne straty cisnienia w rotametrach, niezalezne od strumienia objetosciowego,
- duzy zakres pomiarowy.
Sluza do pomiaru strumienia objetosciowego cieczy i gazów.
F1
Rys. 1. Schemat rotametru
F2
2
Rotametr sklada sie ze stozkowej rurki z podzialka oraz plywaka. Podzialka moze byc
wyskalowana w jednostkach strumienia objetosciowego lub procentach. Pomiar strumienia
objetosciowego oparty jest na zrównowazeniu spadku cisnienia strugi przeplywajacej
pomiedzy scianka rotametru i plywakiem, a ciezarem plywaka. Róznica cisnien przed i za
plywakiem powoduje jego podniesienie, a szczelina pomiedzy sciana rury a plywakiem
powieksza sie umozliwiajac przeplyw czynnika. Plywak ustawia sie na takiej wysokosci, przy
której sila wywolana dzialaniem róznicy cisnien na powierzchnie plywaka równowazy ciezar
plywaka i wówczas w szczelinie ustala sie predkosc przeplywu.
Po ustaleniu sie warunków przeplywu w rotametrze sila F1 - dzialajaca na plywak w kierunku
do góry jest zrównowazona sila F2 skierowana pionowo w dól wynikajaca z ciezaru plywaka.
Zmiana gestosci przeplywajacego gazu przez rotametr powoduje zmiane jego wskazan.
Zmiany te uwzglednia sie wg zaleznosci
•
•
ρ1
V 2 = V 1⋅
(1)
ρ2
gdzie :
•
V 1 – wskazania rotametru w jednostkach strumienia objetosciowego, lub procentach
ρ1 – gestosc medium, na które byl cechowany rotametr, kg / m3
ρ2 – gestosc przeplywajacego medium, kg / m3
•
V 2 – strumien objetosciowy mierzonego medium, m3 / s lub m3 / h
Wartosc stosunku nadmiaru powietrza spalania
Wartoscia stosunku nadmiaru powietrza spalania a nazywa sie stosunek rzeczywistej ilosci
powietrza dostarczanej do procesu do ilosci powietrza wynikajacej z obliczen
stechiometrycznego spalania (z a=1).
Wartosc stosunku nadmiaru powietrza spalania oblicza sie z zaleznosci:
[CO2 ] max
α=
(2)
[CO2 ]
gdzie:
[CO2 ]max – zawartosc CO2 w spalinach suchych przy stechiometrycznym spalaniu (a=1,0),
lub na podstawie parametrów przeplywowych:
•
α=
Vp
(3)
•
V g ⋅ Va min
gdzie na podstawie skladu gazu oblicza sie:
- minimalne zapotrzebowanie tlenu do spalania
1
1
Vo min = ⋅ CO + ⋅ H 2 + 2 ⋅ CH 4 + 3,5 ⋅ C2 H 6 + 5 ⋅ C3 H 8 − O 2 , m3 O2 /m3 gazu
2
2
- minimalne zapotrzebowanie powietrza spalania
V
3
3
Va min = o min , m powietrza/m gazu
0,21
3
(4)
(5)
Wykonanie pomiarów i opracowanie wyników
16
3
Natezenie przeplywu powietrza, [m /h]
W celu wykonania cwiczenia nalezy uruchomic piec gazowy. Ustawic stala nastawe na
rotametrze powietrznym 6m3 /h, wykorzystujac w tym celu wykres cechownic y (rys.2).
14
12
10
8
6
4
2
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Wskazanie rotametru powietrznego, [liczba dzialek]
Rys. 2. Charakterystyka rotametru powietrznego
Ustawic i zanotowac wartosc na rotametrze przez który przeplywa gaz. Przeliczyc wskazanie
rotametru na strumien objetosciowy gazu zgodnie rotametrów zaleznoscia (1). Po
ustabilizowaniu procesu spalania w piecu wykonac pomiar za pomoca Testo 350.
Obliczyc wartosc stosunku nadmiaru powietrza spalania rotametrów wykorzystujac
zaleznosci (3÷5), przyjmujac sklad gazu jak w tabeli.
Tabela
Sklad objetosciowy gazu ziemnego
Skladnik gazu
Udzial objetosciowy
[%]
CO2
O2
CH4
C2H6
N2
0,1
0,1
96,7
0,6
2,5
Pomiary powtórzyc dla 6 róznych nastaw rotametru gazowego.
4
Porównac obliczona wartosc stosunku nadmiaru powietrza spalania z wynikami pomiarów.
Wyniki pomiarów i obliczen zestawic w tabeli.
Nazwa wielkosci
Numer pomiaru
1
2
3
4
5
6
Minimalne
zapotrzebowanie tlenu
Vo min,m3 / m3 g
Minimalne
zapotrzebowanie
powietrza Va min,m3 / m3 g
Strumien przeplywu
•
powietrza
V p , m3 /h
Wskazanie rotametru
•
gazowego, V rot , m3 /h
Strumien przeplywu
•
gazu
V g , m3 /h
Wartosc stosunku
nadmiaru powietrza
spalania oblic zona a o
Wartosc stosunku
nadmiaru powietrza
spalania zmierzona a z
Literatura:
1. Kowalewicz A.: Podstawy procesów spalania, WNT, Warszawa 2000.
2. Kowalski S. J.: Teoria procesów przeplywowych, cieplnych i dyfuzyjnych, Wyd.
Politechniki Poznanskiej, Poznan 1999.
3. Kieloch M., Kruszynski S., Boryca J., Piechowicz L: Termodynamika i technika
cieplna - cwiczenia rachunkowe, Skrypt PCz., Czestochowa 2006.
4. Kruszynski S., Boryca J., Krezolek I., Wyczólkowski R., Janda T.: Cwiczenia
laboratoryjne z Termodynamiki i techniki cieplnej, Skrypt SWPCz, Czestochowa
2006.
5. Slupek S., Nocon J., Buczek A.: Technika cieplna – cwiczenia obliczeniowe,
Wyd. AGH, Kraków 2002.
5