Criteria dependences for assessment of heat transfer value under conditions natural convection (a horizontal slot) have been obtained in the paper. The dependences are applicable for heaters in heat supply systems.Получены критериальные зависимости для оценки величины теплоотдачи в условиях естественной конвекции (горизонтальная щель). Зависимости применены для отопительных приборов системы теплоснабжения

I. Kachar L.

И. Качар Л.

Russian

I. L. Kachar

И. Л. Качар

ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations / Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ

УДК 536.3  ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООТДАЧИ ОТОПИТЕЛЬНОГО ПРИБОРА  СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ПОЛЕВОГО ГОСПИТАЛЯ, ФУНКЦИОНИРУЮЩЕГО В УСЛОВИЯХ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ  Магистр техн. наук КАЧАР И. Л.  Белорусский национальный технический университет  Представленный материал является результатом экспериментальных исследований системы теплоснабжения мобильного полевого медицинского учреждения, где в качестве источника используется теплогенератор ВТГ-2,2  с приводом от источника энергии, не зависящего от внешних условий. Эксперимент проводился с использованием мягкого отопительного прибора (рис. 1 [1]) в соответствии с планом эксперимента, разработанным согласно с [2, 3] при установившемся тепловом режиме. Такой экспери-мент представляет значительный интерес при условии естественной кон-векции в горизонтальной щели (рис. 1 [4]). В подобных условиях отопи-тельный прибор (рис. 1) располагается на горизонтальной поверхности  (рис. 1б). а   Рис. 1. Общий вид отопительного прибора (а) и расчетная схема (б): l – ха-рактерный размер;  п ,t′  пt′′  – соответственно  температуры теплоотдающей  и тепловоспринимающей поверхностей  Как видно из рис. 1a, опыты (в соответствии с планом эксперимента [2]) выполнялись в десяти точках и были связаны с измерением температур теплоотдающей и тепловоспринимающей поверхностей, а также темпера- туры в щели. В качестве инструментария использовались бесконтактный пирометр AR852B и хромель-копелевые термопары. Результаты эксперимента представлены в табл. 1. Для оценки теплоотдачи от поверхности отопительного прибора рас-считаем коэффициент теплоотдачи.   б    1–1  °С  °С  °С  60 Определим среднюю темпера-туру по поверхности отопительно-го прибора  1 1 10 10п 101... ,iiF t F ttF=+ +′ =∑  где F1, …, F10 – площади ячеек сет-ки, где производились измерения. Имеем пt′ = 74 °С. Определяющим размером будем считать размер щели: l = 0,05 м. Определим физические свойст-ва воздуха вблизи поверхности ото-пительного прибора: ρ = 1,085 кг/м3 – плотность воздуха; ср = 1,007 кДж/(кг·К) – удельная теплоемкость воздуха;  λ = 0,028 Вт/(м·К) – теплопроводность воздуха; ν = 1,783⋅10–5 м2/с – коэф-фициент кинематической вязкости; Re wl=ν – критерий Рейнольдса, где  w – скорость воздуха, w = 0,1 м/с. Имеем 550,1 0,05Re = 280,432 5 101,783 10−⋅= < ⋅⋅ – режим течения в погранич-ном слое ламинарный. А также критерий Прандтля Pr ,aν=   где а – коэффициент температуропроводности, м2/с,  530,028 2,578 101,007 10 1,085pac−λ= = = ⋅ρ ⋅ ⋅ м2/с. Тогда: 551,783 10Pr 0,692;2,578 10−−⋅= =⋅  32Gr ,gl t= β ∆ν                            (1)  где β – коэффициент объемного расширения газа, 1/К; g = 9,81 м/с2 – уско-рение свободного падения; п вt t t′∆ = −  = 74 – 52 = 22 °С – разность темпе-ратур поверхности отопительного прибора и воздуха. При условии, что 1 ,273mtβ =∆ + будем иметь п в 74 522 2mt tt′ + +∆ = = =  = 63 °С; 163 273β =+ = 2,976⋅10–3 1/К; 335 29,81 0,05Gr 2,976 10(1,783 10 )−−⋅= ⋅⋅⋅22 =  = 2,526⋅105. Воспользуемся критериальным уравнением для инженерных расчетов по определению коэффициента теплоотдачи в условиях естественной кон-векции в области давлений 760–5·10–2 мм рт. ст. [4]  0,16 5 0,16Nu 1,53(Gr Pr) 1,53 (2,526 10 0,692) 10,555.m m= ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ =          (2)  Находим коэффициент теплоотдачи α для свободной поверхности (рис. 1а) Таблица 1 Результаты измерений температуры  теплоотдающей поверхности отопительного прибора  Точка изме- рения Температура поверхности  отопительного прибора в щели  со стороны воздуха, °С 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 66,5 75 77 80 85 80 76 69 69 65   61 Nu 10,555 0,0280,05mlλ ⋅α = = = 5,942 Вт/(м2·К).  Схема теплообмена в щели представлена на рис. 1б. В нашем случае в качестве определяющего размера принимаем размер щели l = 0,05 м, а в качестве определяющей температуры – температуру поверхности, на которой располагается отопительный прибор ( пt′′  = 46 °С). Результаты обработки опытных данных сведены в табл. 2. Они устанав-ливают зависимость между критериями подобия Nu, Gr, Pr (рис. 2).   Для нахождения функции lgNu воспользуемся формулой для ориен-тированной вниз горячей поверхности в холодной среде [4]  Nu = 0,24(Gr⋅Pr)0,25,             (3)  где 4⋅103 ≤ (Gr⋅Pr) ≤ 3⋅106. Точки, являющиеся результатом об-работки данных опыта, практически укладываются на одну прямую линию. Запишем математически уравнение для линии, соответствующей значениям произведения lg(Gr⋅Pr) = 5,216–5,516. Тогда lgNu = а0 + а1lg(Gr⋅Pr).                                       (4)  Определение коэффициентов при неизвестных выполним по методу наименьших квадратов [2]  ( ) ( )2 20 1lg Nu lg Nu lg Nu lg(Gr Pr) ,x x a a− = − − ⋅∑ ∑   где lgNuх – обработанные экспериментальные данные (табл. 2). Очевидно, что данная сумма зависит от коэффициентов a0 и a1. Для то-го чтобы эта сумма была минимальной, необходимо соблюдение условий a0 = 0 и a1 = 0: ( ) ( )( ) ( )20 1020 11lg Nu lg Nu 2 lg Nu lg(Gr Pr) 0;lg Nu lg Nu 2 lg Nu lg(Gr Pr) lg(Gr Pr) 0.x xx xa aaa aa∂− = − − − ⋅ =∂∂− = − − − ⋅ ⋅ =∂∑ ∑∑ ∑  (5)  Рис. 2. График зависимости lgNu =  = f(lg(Gr⋅Pr)) по данным обработки    эксперимента (горизонтальная щель) Таблица 2 Обработка результатов экспериментов (горизонтальная щель)  Измерения в точках (рис. 1а) Температура поверхности, °С Значение lgNu Значе- ние lg(Gr⋅Pr) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 66,5 75 77 80 85 80 76 69 69 65 0,692 0,729 0,736 0,745 0,759 0,745 0,732 0,704 0,704 0,684 5,248 5,394 5,421 5,459 5,516 5,459 5,408 5,297 5,297 5,216   α3 = 3,15 Вт/(м2К) α2 = 2,94 Вт/(м2К)   α1 = 2,8 Вт/(м2К)  62 Отсюда имеем:  ( )0 120 1lg(Gr Pr) lg Nu ;lg(Gr Pr) lg(Gr Pr) lg(Gr Pr) lg Nu ,xxa N aa a+ ⋅ =⋅ + ⋅ = ⋅ ⋅∑ ∑∑ ∑ ∑            (6)  где N = 10 – общее число данных. Значения lgNuх и lg(Gr⋅Pr) отсчитываются от их средних значений lgNu х и lg(Gr Pr)⋅ . Тогда:  ( )( )0 120 1lg(Gr Pr) lg(Gr Pr) lg Nu lg Nu ;lg(Gr Pr) lg(Gr Pr) lg(Gr Pr) lg(Gr Pr)lg(Gr Pr) lg(Gr Pr) lg Nu lg Nu .xxa N aa a  + ⋅ − ⋅ = −     ⋅ − ⋅ + ⋅ − ⋅ =     = ⋅ − ⋅ − − ∑ ∑∑ ∑∑      (7)  Решая данную систему уравнений в MathCAD 15, находим коэффици-енты при неизвестных:  010,628;0,251.aa= −=                                                 (8)  Найденные значения подставляем в (5)  lgNu = –0,628 + 0,251⋅lg(Gr⋅Pr).  В окончательном виде расчетное критериальное уравнение запишется  Nu = 0,236(Gr⋅Pr)0,251.                                         (9)  Выражение (9) позволяет производить расчеты интенсивности тепло-обмена в условиях естественной конвекции в ограниченном пространстве (горизонтальная щель).  В Ы В О Д Ы  1. Исследована теплоотдача отопительного прибора системы тепло-снабжения мобильного полевого медицинского учреждения, функциони-рующего в условиях чрезвычайных ситуаций. 2. Определен коэффициент теплоотдачи от свободной поверхности ото-пительного прибора. 3. Получено критериальное уравнение для расчета интенсивности теп-лообмена в условиях естественной конвекции в ограниченном пространст-ве (горизонтальная щель).  Л И Т Е Р А Т У Р А  1. Т е п л о с н а б ж е н и е  полевого госпиталя, функционирующего в условиях чрез-вычайных ситуаций / А. П. Несенчук [и др.] // Энергетика… (Изв. высш. учеб. заведений  и энерг. объединений СНГ). – 2011. – № 3. – С. 91–93. 2. Д л и н, А. М.  Математическая статистика в технике / А. М. Длин. – М.: Советская наука, 1958. – 465 с. 3. Н е с е н ч у к, А. П.  Исследование конвективного теплообмена в вакууме в условиях естественной конвекции: автореф. ... дис. канд. техн. наук. – Минск: БПИ, 1962. 4. А к е л ь е в, В. Д.  Тепло- и массообмен в ограниченных пространствах строительных конструкций и сооружений / В. Д. Акельев; под общ. ред. А. П. Несенчука. – Минск: БНТУ, 2010. – 317 с.  Представлена кафедрой ПТЭ и Т                                                                Поступила 13.05.2011  63 

Исследование теплоотдачи отопительного прибора системы теплоснабжения полевого госпиталя, функционирующего в условиях чрезвычайных ситуаций

https://energy.bntu.by/jour/article/download/276/271

Исследование теплоотдачи отопительного прибора системы теплоснабжения полевого госпиталя, функционирующего в условиях чрезвычайных ситуаций

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations / Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ