ЗАВДАННЯ. до лабораторної роботи

до лабораторної роботи

Модель теплообмінного апарата

для непарних номерів (1,3,5...…....)

для парних номерів (2,4,6....)

Вихідні дані:

1) діаметр трубки d=(20+N) мм;

2) діаметр патрубка D=2*d;

3) довжина трубки=10*d;

4) довжина патрубка=1,5*D;

5) D_камери=(100+10*N);

6) H_камери=D_камери/2

7) Витрата потоку (вода) на вході =(0.1+0.05*N)/2 кг/сек; 8)темпер. на вході = 293К;

9) Температура внутрішньої стінки трубки = 500К;

Завдання: Відобразити розподіл швидкості, тиску і температури потоку.

Відобразити лінії струму.

Обчислити тепловий потік, спожитий потоком (води) у моделі і одним кв.метром поверхні труб.

Результати:

ЗВІТ (зразок)

до лабораторної роботи

Модель теплообмінного апарата Лінії руху потоку у камері.

Вихідні дані:

1. діаметр трубки = 29 мм.
2. довжина трубки(лінійна частина) = 270мм.
3. витрата води (G) = 2 кг/сек.
4. температура води на вході = 293.2К
5. температура внутрішньої стінки трубок = 500К

Обмірювані параметри:

1. перепад тиску = 12 КПа
2. температура потоку на виході = 350К
3. перепад температури = (350-293.2)=56.8 град.

Результати:

1. Температура води на виході ТОА = 350К.

2. Тепловий потік моделі, сприйнятий потоком води =42.6 кВт.

3. Тепловий потік 1 кв. метра = 353.5 кВт/м²

2.3 Оцінка ефективності оребрення стінки

Дослідження проводимо на 3-мірній моделі стінки з оребренням(розміри за завданням) для 2-х металів і двох типів потоку (вода, повітря) виконуємо у вигляді 4-х експериментів.

Експеримент1: метал = мідь, потік (вода), Wн=1м/сек, Т_поч=293,2К, Т_стінки=500К.

Експеримент2: метал = за завданням, інші дані як в експерименті1.

Експеримент3: метал = мідь, потік (повітря), Wн=25 м/сек, Т_поч=293,2К, Т_стінки=500К.

Експеримент4: метал = за завданням, інші дані як в експерименті 3.

Ціль роботи - оцінити ефективність оребрення.

1. Побудова 3-мірної моделі стінки з оребренням.

Рис.1 Ескіз стінки (на фронтальній площині) Рис.2 3-мірна модель стінки (з розмірами)

Рис.3 Січні площини 1,2,3(вид«попереду») Рис.4 Січні площини 4,5(вид«зверху»)

Січні площини використовуються для побудови графіків.

Площина1 (паралельна площини стінки) і площина 2 (перпендикулярна) будуть використані для побудови розподілу швидкості руху потоку. Ці графіки дозволять нам оцінити адекватність процесу комп'ютерного моделювання реальному фізичному процесу.

Площина 3 (розсікає ребро) і площина 4 (розсікає стінку і ребра) будуть використані для побудови графіків температури твердого тіла (стінки з оребренням), що характеризують сполучене завдання конвективного теплообміну і теплопровідності у твердому тілі.

На площині 5 відображаємо графік температури нагрітого потоку на границі області розрахунку.

1. Створення проекту експерименту, завдання граничних і початкових умов.

При оформленні проекту моделювання використовуємо нові команди FloWorks:

Рис.5 Команда Heat Conduction in solid включає моделювання процесу теплопровідності у твердому тілі.Команда External визначає нашу задачу як зовнішню.

Рис.6 Вибір матеріалу стінки (мідь) Рис.7 Початкові параметри потоку

тиск, температура,

швидкість потоку, що обтікає(по осі Z)

Рис.8 Для одержання більш точних результатів задаємо додаткову інформацію для формування сітки - товщину ребра (у прикладі =1мм)

Рис.9 Задаємо область моделювання додаючи по 10 мм по кожній координаті.

Рис.10 Задаємо джерело тепла (температуру нижньої площини стінки).

3. Відображення результатів експериментів.

Експеримент 1.

При проведенні фізичних експериментів дуже важливою і складною є проблема доказу правильності проведення конкретного експерименту.

Адекватність процесу моделювання фізичному процесу оцінюємо по розподілах швидкості потоку, що обтікає стінку і ребра.

Рис.12 Розподіл швидкості потоку (пл.1) Рис.13 Розподіл швидкості потоку (пл.2)

Рис.14 Розподіл швидкості потоку(пл4)

Як бачимо, частина поверхні ребер закрита пограничним шаром, що зменшує теплообмін між ребрами і потоком.

Графіки обтікання потоком ребер (рис.12) і стінки (рис.13) показують гальмування перед стінкою, завихрення за стінкою і ребрами. Деяка несиметричність потоку на рис.12 викликана невисокою точністю обчислень (рівень3) і малими розмірами області моделювання.

Однак рисунки 12,13,14 говорять про адекватність процесу моделювання і ми можемо переходити до аналізу процесу теплопровідності і вимушеної конвекції в стінці і ребрах.

Величина точності рішення і розмір області моделювання в рамках навчального завдання обираються з метою скорочення часу розрахунку на комп'ютері середньої продуктивності.

Експеримент1: метал = мідь, потік (вода), Wн=1м/сек, Тпоч=293,2К, Тстінки=500К.

Рис.14 Розподіл температури ребра (Пл.3) Рис.15 Розподіл температури стінки і

ребро-мідь(Пл.4)

Нагрівання (від нижньої площини стінки) і охолодження потоком стінки і ребер демонструють процес конвективного теплообміну.

Рис.16 Графік температури нагрівання потоку (площина 7)

Вимірювання параметрів стінки з оребренням.

Виміряємо площу і тепловий потік стінки(верхня площина) і ребер.

Рис.20 Вимір параметрів стінки Рис.21 Вимір параметрів ребер

Площа стінки=0.0004 м²; Тепловий потік від стінки=284,4 Вт;

Площа ребер = 0.0006 м²;Тепловий потік від ребер = 284,28 Вт;

Сум.тепл.потік=568,68 Вт

Тепловий потік від ребер = 50% сумарного теплового потоку.

Експеримент2: метал = за завданням, потік (вода), Wн=1м/сек, Тпоч=293,2К, Тстінки=500К.

Рис.17 Розподіл температури ребра (Пл.3) Рис.18 Розподіл температури стінки

і ребер-нержавіюча сталь(Пл.4)

Нагрівання (від нижньої площини стінки) і охолодження потоком стінки і ребер демонструють результати процесу моделювання сполученого завдання. Добре видно, що верхня половина ребра не працює.

Рис.19 Графік температури нагрівання потоку (площина 7)

Із за того, що теплопровідність нерж.сталі значно нижче чим у міді ефективність ребра нижче. Верхня половина ребра майже не працює (рис17 і 18).

Оцінимо цей ефект кількісно.

Вимір параметрів стінки з оребренням.

Площа стінки=0.0004 м²; Тепловий потік від стінки=151,8 Вт;

Площа ребер = 0.0006 м²;Тепловий потік від ребер = 30,2 Вт;

Сум.тепл.потік=182 Вт

Тепловий потік від ребер = 16,6% сумарного теплового потоку.

Експеримент3: метал = мідь, потік (повітря), Wн=25м/сек, Тпоч=293,2К, Тстінки=500К.

Результати ……………………………………………………………………….

Експеримент4: метал = по завданню, потік (повітря), Wн=25 м/сек, Тпоч=293,2К, Тстінки=500К.

Результати……………………………………………………………………………………

Висновки:

1. Мідь краще ніж метал (по завданню) 568/182= 3.1 рази віддає тепло потоку води.

2. Тепловіддача міді та металу (по завданню) при обдуві повітрям відрізняється тільки на _______%.

Дата добавления: 2014-11-29