Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования «Северный (Арктический) федеральный университет
имени М.В. Ломоносова»
Д.А. Онохин, А.Н. Орехов, Э.Н. Сабуров
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООТДАЧИ
В ЦИКЛОННОЙ КАМЕРЕ
Учебное пособие
Под редакцией доктора технических наук,
профессора Э.Н. Сабурова
Архангельск
САФУ
2018
1
Стр.1
УДК 536.244/253:621.783.233.3
ББК 31.16
О-59
Рекомендовано к изданию учебно-методическим советом
Северного (Арктического) федерального университета
имени М.В. Ломоносова
Рецензенты:
В.А. Ванин, генеральный директор ЗАО «Архгипродрев»;
О.Б. Колибаба, канд. техн. наук, доцент, зав. кафедрой «Энергетика
теплотехнологий и газоснабжение» ИГЭУ им. В.И. Ленина (г. Иваново)
Онохин, Д.А.
О-59
Исследование теплоотдачи в циклонной камере: учебное пособие
/ Д.А. Онохин, А.Н. Орехов, Э.Н. Сабуров ; под ред. д-ра техн.
наук, проф. Э.Н. Сабурова; Сев. (Арктич.) федер. ун-т им. М.В. Ломоносова.
– Архангельск: САФУ, 2018. – 123 с.: ил.
ISBN 978-5-261-01327-3
Рассмотрены вопросы методики, содержания и порядка проведения
исследований по теплоотдаче на боковой поверхности рабочего
объема циклонной камеры, обработки и обобщения опытных данных,
оценки погрешностей измерений.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки
13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника».
ISBN 978-5-261-01327-3
© Онохин Д.А., Орехов А.Н., Сабуров Э.Н.,
2018
© Северный (Арктический) федеральный
университет им. М.В. Ломоносова, 2018
2
Стр.2
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Dк – диаметр рабочего объема циклонной камеры;
Lк – длина рабочего объема циклонной камеры;
dвых – диаметр выходного отверстия камеры;
hвх – высота входного канала (шлица);
fвх – площадь входа потока в камеру (входных каналов);
Reвх = υвхDк / νвх – число Рейнольдса, определенное по входным условиям
(входное число Рейнольдса);
υвх – скорость потока во входных каналах (шлицах) камеры;
υ – полная скорость потока в данной точке рабочего объема камеры;
wφ – тангенциальная компонента полной скорости потока;
νвх – кинематический коэффициент вязкости потока во входных каналах
(при входных условиях);
Pс.д, Pс.п, Pс.вх, Pс.ст – избыточные статические давления: в контрольных
сечениях перед и после измерительного сужающего устройства, во
входных каналах, на боковой поверхности (стенке) рабочего объема
камеры;
Qт, Q0 – теоретический и действительный объемные расходы воздуха;
Q, Qк, Qл – тепловой поток: суммарный, конвективный, лучистый;
G – масса конденсата;
rп – удельная теплота парообразования;
Tк, Tст – абсолютная температура: поверхности теплообмена калориметра,
внутренней поверхности камеры (рабочего объема);
εпр, εк, εст – степень черноты: приведенная системы, поверхности калориметра,
поверхности рабочего объема циклонной камеры;
lр.у – длина рабочего участка калориметра;
Fк = πDкlр.у – площадь рабочей поверхности теплообмена калориметра;
Fст = πDкLк – площадь боковой поверхности рабочего объема циклонной
камеры;
Nu = αDк / λвх – число Нуссельта;
α – коэффициент теплоотдачи;
λвх – коэффициент теплопроводности воздуха при входной температуре
(на входе в камеру);
ДТП – датчик теплового потока;
ГДТП – градиентный датчик теплового потока;
эдс – электродвижущая сила.
3
Стр.3
ВВЕДЕНИЕ
Федеральная целевая программа «Исследования и разработки по
приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса
России на 2014–2020 годы» [1] среди важнейших выделила
проблему повышения энергоэффективности технологий и оборудования,
решение которой во многом зависит от возможностей интенсификации
тепломассообменных процессов.
Одним из перспективных способов интенсификации конвективного
теплообмена является применение закрученных высокотурбулентных
потоков жидкостей и газов [2–6]. Они находят применение в
циклонных печах, рекуператорах, вихревых горелках, сушильных камерах,
в топках котлоагрегатов, в камерах сгорания газовых турбин, в
новых конструкциях теплообменных аппаратов, в химических реакторах
для вихревого газодинамического регулирования и стабилизации
пламени низкотемпературной плазмы при переработке различных
материалов в плазменной среде, в энерготехнологических установках
и печах черной и цветной металлургии, в плазменных генераторах, в
газовых ядерных реакторах для космической техники, в МГД генераторах
вихревого типа и многих других технических устройствах.
Одним из наиболее широко применяемых в промышленных
условиях генераторов закрученных потоков являются циклонновихревые
камеры. Поэтому в процессе изучения дисциплин «Гидрогазодинамика»
и «Тепломассообмен» обучающиеся выполняют работы
«Исследование аэродинамики циклонной камеры» [7] и «Исследование
теплоотдачи цилиндра в закрученном потоке» [8]. В процессе их
выполнения обучающиеся подробно знакомятся с общими особенностями
закрученного потока, влиянием его на основные аэродинамические
характеристики параметров циклонно-вихревой камеры, с приборами
и техникой аэродинамического и теплового экспериментов,
обработкой и анализом опытных данных. Настоящее учебное пособие
является их продолжением и развитием.
4
Стр.4
ОГЛАВЛЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ............................................
ВВЕДЕНИЕ ....................................................................................................
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ ........................................................................
1. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
И МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ .....................................................................
3
4
5
7
2. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ .................................................... 16
3. РАСЧЕТ РАСХОДА ВОЗДУХА ЧЕРЕЗ ИЗМЕРИТЕЛЬНУЮ
ДИАФРАГМУ................................................................................................ 20
4. ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ ПО КОНВЕКТИВНОМУ
ТЕПЛООБМЕНУ ........................................................................................... 28
5. РАСЧЕТ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРЕНИЙ .......................................... 35
6. ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЗАЩИТЕ КОНТРОЛЬНОЙ
РАБОТЫ ......................................................................................................... 39
7. ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ..................................................... 42
8. ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ..... 49
ПРИЛОЖЕНИЯ ............................................................................................. 102
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ............................................................................. 121
123
Стр.123