TTÜ VIRUMAA KOLLEDZ

TTÜ VIRUMAA KOLLEDZ
Üliõpilane:
Rühm:
Töö nimetus ja nr:
Tehtud:
Arvestatud:
2. Soojusläbikande protsessi uurimine.
Исследование процесса теплопередачи
t1 t2
t3
t4
Печь
1
2
50мм
50мм
3
4
Ülesanne
Soojusläbikande ja soojusjuhtivustegurite määramine, seinade ja aknade temperatuuride
muutuste esitamine graafilisel kujul.
Задание
Определение коэффициентов теплопередачи, теплопроводности, построение графика
изменения температуры стен и окон во времени.
Seadmed
Termiline kamber, n.n. «maja», temperatuuri regulaator, 4 termopaari NiCr-Ni, 500 oC max koos
kahe mõõteseadmetega, erinevatest materjalidest plaatite valik:
 vineeri sein paksusega 1 cm,
 vineeri sein paksusega 2 cm,
 tavaline klaas paksusega 3 mm.
Оборудование
Термокамера («дом»), терморегулятор, 4 термопары NiCr-Ni, 500 oC max, с двумя измерительными приборами – термометрами, набор плит из разных материалов:
 фанерная стена толщиной 1 см,
 фанерная стена толщиной 2 см,
 обыкновенное стекло толщиной 5 мм.
Teoreetilised alused
Теоретические основы
Kütte- ja ventilatsiooni süsteemides, soojusjõuseadmetes esineb kõige sagedamini soojuse leviku
juhtum, kus kohas soojusülekande kuumutavast keskkonnast 1 (vedelik, gaas) kuumutatavale
keskkonnale 2 (vedelik, gaas) toimub läbi küttepinna (tasapinnaline või silindriline sein). Sellel
juhul toimub soojusülekanne kuumutavast keskkonnast 1 keskmisel temperatuuril tv1 (t1) seina
sisepinnale, mille temperatuur on ts1 (t2) . Seejärel toimub soojusjuhtimine seina välispinnale,
mille temperatuur on ts2 (t3) ning lõpuks seina pinalt toimub soojusülekande kuumutatavale
keskkonnale 2, mille temperatuur on tv2 (t4).
Seega soojusvoog läbi ühekihilise plaadi on:
q = (tv1 – tv2) / ( 1/ α1 + δ/λ + 1/ α2)
(1)
kus 1/α1 – soojusülekande termiline takistus keskkonna 1 ja plaadi sisepinna vahel, α1, α2 –
soojusülekande tegurid, δ/λ – plaadi termiline takistus, δ – plaadi paksus, λ – soojusjuhtivustegur,
1/ α2 – soojusülekande termiline takistus keskonna 2 ja plaadi välispinna vahel.
В системах отопления, вентиляции, в теплоэнергетических установках (котлах, теплообменниках) наиболее часто встречается случай теплообмена, когда теплота передается от
греющей среды (жидкости, газа) нагреваемой среде (жидкости, газу) через
разделительную стенку. В этом случае вначале происходит теплоотдача от греющей
жидкости со средней температурой tv1 (t1) к внутренней поверхности стенки с
температурой ts1 (t2). Далее теплота передается в результате теплопроводности к наружной
поверхности стенки с температурой ts2 (t3) и, наконец, эта поверхность стенки отдает
теплоту нагреваемой среде со средней температурой tv2 (t4). Тогда плотность теплового
потока для однослойной стенки будет:
q = (tv1 – tv2) / ( 1/ α1 + δ/λ + 1/ α2)
(1)
где: 1/α1 – термическое сопротивление теплоотдаче между греющей средой 1 и внутренней
поверхностью стенки, 1 , α2 - коэффициенты теплоотдачи от греющей жидкости к левой
(внутренней – см. ниже, график а) поверхности стенки и от правой (внешней) поверхности
стенки нагреваемой среде.; δ/λ – термическое сопротивление плиты (стены),  - толщина
стенки;  - коэффициент теплопроводности разделительной стенки; 1/α2 – термическое
сопротивление теплоотдаче между внешней поверхностью стенки и нагреваемой средой 2.

1
t1
t1
t2
2
3
t2 I
t2
t3
t3 I
t4
Q
t3
t4
Q
а
б
Termiliste takistuste summat R = 1/ α1 + δ/λ +1/ α2
nimetatakse soojusläbikande termiliseks
2
takistuseks ja tema pöördväärtust k = 1/R , W/ m ∙K soojusläbikandeteguriks.
Сумму термических сопротивлений R = 1/ α1 + δ/λ +1/ α2 называют термическим
сопротивлением теплопередачи и обратное значение k = 1/R , W/ m2∙K - коэффициентом
теплопередачи.
Mitmekihilise seina puhul, näiteks, kolmest (vt. gfaafik b) avaldub soojusvoog valemi (2) kujul
ning soojusläbikandetegur valemi (3) kujul.
Если разделительная стенка состоит из нескольких слоев, например, из трех (график б), то
плотность теплового потока будет
t1  t 4
q
,
(2)
1 1  2  3
1
 


1
1
2
3
2
а коэффициент теплопередачи
k
1

 
1
 1 2  3
 1 1 2 3  2
1
.
Soojusläbikande on põhiline tööprotsess soojusvahetusseadmetes
ventilatsiooni ja konditsioneerimissüsteemides.
(3)
kasutatavates kütte-,
В многочисленных теплообменных устройствах, применяемых в любой области
промышленности, в том числе в системах отопления, вентиляции и кондиционирования,
основным рабочим процессом является теплообмен между теплоносителями. Такой
теплообмен называют теплопередачей.
Töökord
Порядок работы
Hõõglamp võimsusega 100 W kasutatakse „maja“ kütteks. Sisetemperatuur kontrollitakse
termostaadiga, mis on paigaldatud lambi kestel. Soojusregulaator tagab püsiva sisetemperatuuri
ja võimaldab reguleerida kuni 60 oC. Avad, mis asuvad „maja“ külgedes, on ette nähtud
termopaaride paigutamiseks „maja“ sees ja seina sisepinnal. Kuna temperatuurid piki „maja“
kõrgust on erinevad, mõõdetakse kõik temperatuurid ühel kõrgusel. Termopaar „maja“
sisetemperatuuri mõõtmiseks peab asetsema ca. 5 cm „maja“ sisemise seina kaugusel.
Termopaarid seina temperatuuri mõõtmiseks peavad asetsema avade kõrgusel, tihedalt vastu
seina surutud ning hästi kinnitatud.
Лампа накаливания мощностью 100 Вт служит для отопления «дома». Внутренняя температура контролируется термостатом, закрепленным на кожухе лампы. Терморегулятор
обеспечивает постоянную температуру внутри с возможностью регулирования до 60 oС.
Отверстия в углах «дома» служат для размещения термопар внутри «дома» и на внутренней стенке. Так как температуры по высоте дома – от «пола» до «потолка» - изменяются, то все температуры измеряются на одной высоте. Термопара для измерения температуры воздуха внутри «дома» должна находиться на расстоянии примерно 5 см от
внутренней стенки «дома». Термопары для измерения температур стен должны
находиться на уровне отверстий, плотно прижаты к стенкам и хорошо закреплены.
1. Kinnitada termopaarid „maja“ sees ja mõõdetava plaadi pinna peal. Kirjutada termopaari
algtemperatuurid.
2.
3.
4.
5.
Закрепить термопары внутри «дома» и на измеряемых образцах и записать их
показания.
Lülitada sisse hõõglamp. Включить нагреватель.
Iga 5 min tagant kirjutada termopaaride näidud kuni temperatuuride muutumatuseni.
Через каждые 5 минут записывать показания термопар до тех пор, пока температуры не
перестанут изменяться.
Esitada graafilisel kujul
Построить график:
a. Temperatuuride muutumine ajas
Изменение всех четырех температур во времени.
b. Temperatuurijaotus statsionaarse soojusjuhtivuse puhul
Распределение температур при стационарном режиме.
Arvutada (Вычислить)
q – soojusvoog ( тепловой поток), W/m2
λ – plaadi soojusjuhtivustegur ( коэффициент теплопроводности плиты), W/ (m∙K)
α1 – soojusülekandetegur ( коэффициент теплоотдачи) , W/ (m2∙K)
k – soojusläbikandetegur (коэффициент теплопередачи), W/ (m2∙K)
R – soojusläbikande termiline takistus ( термическое сопротивление теплопередачи),
(m2∙K)/W
Arvutustel võtta ( При вычислениях принять) α2 = 8,1 W/ (m2∙K)
Võrrelda erinevate plaadite soojusläbikande termilised takistused.
Сравнить термические сопротивления различных плит (образцов).
Mõõteprotokoll
Протокол измерений
Aeg, min
0
5
10
...
...
tv1,оС
ts1,оС
ts2,оС
tv2,оС
Ligikaudne graafikute välimus:
Примерный вид графиков:
График температур в
установившемся режиме
График изменения температур
t,o C
t,o C
ж2
tж1
tст1
tст2
tж2
Время, мин
tж1
tст1
tст2
tж2
50

50
мм