ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ПО ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ
HEAT TRANSFER LAB UNIT

Лабораторная установка по теплопередаче предназначена для проведения учебных занятий по дисциплинам «Тепломассообмен» и «Теплотехника».
Известна лабораторная установка по теплопередаче, содержащая корпус, выполненный прямоугольным из оргстекла в виде двух камер, входной и выходной, при этом на внешней поверхности выходной камеры смонтирован сосуд Дьюара, содержащий воду с тающим льдом, внешняя стенка входной камеры выполнена из алюминиевой фольги, перед которой установлена панель с лампами накаливания, входная и выходная камеры отделены поверхностью нагрева, изготовленной из алюминиевой фольги и закрепленной на рамке, входная камера в верхней части и выходная камера в нижней части закрыты крышками, в которых установлены стеклянные патрубки, имеющие сужение в нижней части (Патент №2271509, С2, дата приоритета 13.15.2004, дата публикации 10.03.2006, авторы Енютина Т.А. и др., RU).
Недостатком известной лабораторной установки является малая поверхность нагрева теплообменника, что приводит к низкой точности измерения теплового потока.
Известна лабораторная установка по теплопередаче, принятая за прототип, содержащая вертикальный цилиндрический корпус, выполненный из латуни, который содержит внутреннюю и наружную трубы, помещенные одна в одну, внутренняя труба открыта с обеих сторон и содержит установленные в нижней части электронагреватель, присоединенный к находящимся снаружи ваттметру и ЛАТРу, в верхней и нижней частях установлены нижний и верхний смесители воздуха, а также нижний и верхний патрубки для ввода термопар, наружная труба открыта в верхней части для входа воздуха, в нижней части имеет коническую форму с выходным патрубком для ввода термопары, снаружи наружной трубы смонтирован сосуд со льдом и патрубком для слива воды (Патент №2359193, С2, дата приоритета 02.11.2006, дата публикации 20.06.09, авторы Енютина Т.А. и др., RU, прототип).
Недостатком прототипа является малая поверхность нагрева теплообменника, что приводит к низкой точности измерения теплового потока.
Задачей изобретения является повышение точности измерения теплового потока за счет интенсивности процесса теплопередачи в противоточном теплообменнике.
Для решения поставленной задачи лабораторная установка по теплопередаче, содержащая корпус, наружная часть которого снабжена кольцевой емкостью, заполненной водой со льдом, с патрубком для слива воды, во внутренней части корпуса, соответственно снизу и сверху, расположены связанные между собой входная и выходная трубы движения потока горячего воздуха, а внутреннее межтрубное пространство корпуса связано с атмосферой, во входной трубе установлен электронагреватель, присоединенный к ваттметру и ЛАТРу, находящимся снаружи, над электронагревателем установлен смеситель потока, при этом входная и выходная трубы потока горячего воздуха и межтрубное пространство корпуса оснащены патрубками для ввода термопар, согласно изобретению, входная и выходная трубы потока горячего воздуха выполнены с уширенными камерами, соединенными между собой четырьмя трубками, при этом корпус дополнительно снабжен крышкой и плотно установленными в нем сверху и снизу трубными досками, в которых установлены упомянутые соединительные трубки, а уширенные камеры образованы внутренними стенками корпуса, трубными досками, крышкой и днищем корпуса, при этом внутреннее межтрубное пространство корпуса связано с атмосферой в верхней части посредством патрубка.
Увеличение поверхности нагрева аппарата за счет применения четырех труб, вместо одной, позволяет увеличить температуру нагреваемого воздуха, выходящего из установки, что повышает точность измерения теплового потока за счет интенсивности процесса теплопередачи в противоточном теплообменнике.
На фиг.1 представлен общий вид лабораторной установки по теплопередаче; на фиг.2 - схема изменения температуры по поверхности нагрева установки с противотоком.
/
//
//
Лабораторная установка по теплопередаче содержит корпус 1, выполненный из латуни. Наружная часть корпуса снабжена кольцевой емкостью 2, заполняемой водой с тающим льдом, и патрубком 3 для слива воды, установленным в нижней части емкости. Во внутренней части корпуса 1, соответственно снизу и сверху, расположены связанные между собой входная 4 и выходная 5 трубы движения потока горячего воздуха. Во входной трубе 4 установлен электронагреватель воздуха 6, присоединенный к ваттметру 7 и ЛАТРу 8, находящимся снаружи. Над электронагревателем 6 установлен смеситель потока 9. Входная 4 и выходная 5 трубы потока горячего воздуха и межтрубное пространство корпуса оснащены патрубками для ввода термопар 10, 11, 12. Термопара, устанавливаемая в патрубке 10, предназначена для определения температуры t1 горячего потока воздуха на входе после смесителя потока 9. Термопара в патрубке 11 измеряет температуру t1 горячего потока на выходе. Термопара в патрубке 12 определяет температуру t2 потока в межтрубном пространстве на выходе. Входная 4 и выходная 5 трубы потока горячего воздуха выполнены с уширенными камерами 13, 14, соединенными между собой четырьмя трубками 15, равномерно расположенными в межтрубном пространстве корпуса. При этом корпус 1 снабжен крышкой 16 и плотно установленными в нем сверху и снизу трубными досками 17, в которых установлены путем тугой посадки соединительные трубки 15, а уширенные камеры 13, 14 образованы внутренними стенками корпуса 1, трубными досками 17, крышкой 16 и днищем 18 корпуса. Внутреннее межтрубное пространство корпуса связано с атмосферой в его верхней части посредством входного патрубка 19.
/
//
//
//
2
Лабораторная установка по теплопередаче работает следующим образом. Кольцевую емкость 2 наружной части корпуса 1 заполняют водой со льдом. Включают в сеть электронагреватель 6 и устанавливают требуемую мощность с помощью ЛАТРа 8 и ваттметра 7. Нагретый воздух за счет свободной конвекции движется вверх, перемешивается смесителем потока 9, после чего его температура t1 измеряется термопарой в патрубке 10. Нагретый воздух движется по трубкам 15 и выходит в атмосферу через выходной патрубок 11, в котором термопарой определяется его температура t1. Через входной патрубок 19 воздух помещения с температурой t2 поступает в межтрубное пространство лабораторной установки, где охлаждается, движется вниз, омывая трубки 15. Выход холодного потока с температурой t2 происходит через выходной патрубок 12, в котором установлена термопара. Скорости воздуха определяют с помощью электронного анемометра, который помещают вблизи входного патрубка 19 и выходного 12 холодного и горячего потоков. По величине скорости вычисляют массовые расходы потоков. Поверхность нагрева аппарата F, м, равна суммарной внутренней поверхности трубок 15.
Полученные результаты позволяют составить уравнение теплового баланса и вычислить коэффициент теплопередачи.
/
//
/
//
Приведенная на фиг.2 схема отражает распределение температуры по поверхности нагрева для противоточного теплообменника, где t1 и t1 - температуры горячего потока на входе и выходе, t2 и t2 - температуры холодного потока на входе и выходе.
/
Лабораторная установка изготовлена на кафедре «Теплогазоснабжение и вентиляция» института градостроительства, управления и региональной экономики Сибирского федерального университета и имеет следующие преимущества: проста по конструкции, наглядна, дешева, позволяет быстро выходить на режим, изменяя температуру нагретого воздуха t1, не требует применения вентилятора.