ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ПО ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ
HEAT TRANSFER LAB'S UNIT

Лабораторная установка по теплопередаче предназначена для проведения учебных занятий по дисциплинам «Теплопередача» и «Теплотехника».
Известна лабораторная установка по исследованию теплопередачи в пароводяном теплообменнике (см. А.П.Солодов, Ф.Ф.Цветков, А.В.Елисеев, В.А.Осипова. Практикум по теплопередаче. - М.: Энергоатомиздат, 1986, с.195), представляющая собой двухходовой теплообменник, греющей средой в котором служит сухой насыщенный водяной пар из магистрали, холодным теплоносителем является вода из водопроводной сети. К недостаткам установки следует отнести необходимость иметь источник водяного пара и водопроводную сеть.
Недостатками конструкции является то, что установка достаточно сложна и менее эффективна.
Наиболее близким техническим решением, взятым за прототип, является лабораторная установка по теплопередаче (см. патент №2271509, приоритет от 13 мая 2004 г., опубл. 10.03.2006, БИ №7), содержащая корпус, выполненный из двух прямоугольных камер - входной и выходной - из оргстекла, 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 патрубки, имеющие сужение в нижней части и выполненные стеклянными.
Недостатком данной установки является сложность конструкции, малая поверхность теплообмена, потребность использования ламп накаливания, меньшая точность измерения температуры.
Целью изобретения является создание экономичной лабораторной установки по изучению теплопередачи в противоточном теплообменнике за счет точности определения температуры, увеличения тепловой производительности за счет увеличения поверхности нагрева, получения более дешевой и наглядной конструкции.
Поставленная задача выполняется за счет того, что лабораторная установка по теплопередаче, содержащая корпус, электронагреватель, патрубки для выхода нагретого воздуха, у которой вертикальный цилиндрический корпус выполнен из латуни, содержит внутреннюю и наружные 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 части установлены нижний и верхний смесители воздуха, 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.
Выполнение лабораторной установки по теплопередаче в виде вертикального цилиндрический корпуса из латуни, содержащего внутреннюю и наружные трубы, помещенные одна в одну, внутренняя труба открыта с обеих сторон и содержит электронагреватель, ваттметр, ЛАТРом, установленные в нижней части, в верхней и нижней части установлены нижний и верхний смесители воздуха и нижний и верхний патрубки для выхода воздуха, наружная труба открыта в верхней части для входа воздуха, в нижней части имеет коническую форму с выходным патрубком, снаружи наружной трубы смонтирован сосуд со льдом и патрубком для слива, позволяет увеличить поверхность нагрева по сравнению с установкой, взятой за прототип, что позволяет увеличить тепловую производительность. При этом увеличивается точность измерения температуры. Данная установка по теплопередаче компактна, имеет низкую стоимость, удобна в работе и позволяет быстро выходить на рабочий режим, а также сменить его.
Лабораторная установка по теплопередаче представлена на фиг.1 и 2.
Фиг.1 - схема лабораторной установки;
Фиг.2 - схема изменения температуры вдоль поверхности нагрева.
Лабораторная установка по теплопередаче (см. фиг.1) содержит вертикальный цилиндрический корпус из латуни, который содержит две трубы - внутреннюю трубу 1 и наружную трубу 2, помещенные одна в одну. Внутренняя труба 1 открыта с обеих сторон, внутри нее в нижней части установлен электронагреватель 3, мощность которого устанавливается ЛАТРом 4 и контролируется ваттметром 5. Для выравнивания температуры потока установлены смесители потока воздуха: нижний 6 и верхний 7. Нижний 8 и верхний 9 патрубки служат для ввода термопар. Измерение температуры потока воздуха производится нижней термопарой TI через нижний патрубок 8 и верхней термопарой TII, установленной в верхней части внутренней трубы 1 через верхний патрубок 9.
Наружная труба 2 открыта в верхней части для входа воздуха, в нижней части имеет коническую форму с выходным патрубком 10 для ввода термопары TIII. Снаружи наружной трубы 2 смонтирован сосуд 11 со льдом и патрубком для слива 12.
Лабораторная установка по теплопередаче работает следующим образом.
Включают электронагреватель 3, и поток горячего воздуха начинает движение снизу вверх. Сосуд 11 заполняют водой и льдом, и холодный воздух движется сверху вниз. Создается противоточное движение теплоносителей. Температура горячего потока на входе и выходе, а также температура холодного потока на выходе измеряется термопарами TI, TII, TIII. Скорости потоков, а затем и расход находят с помощью электронного анемометра.
/
//
1
1
Термопара TI предназначена для измерения температуры t  нагретого воздуха и (см. фиг.2) помещается через нижний патрубок 8. Термопара TII предназначена для измерения температуры t  выходящего потока нагретого воздуха и помещается через верхний патрубок 9.
/
/
//
2
2
2
Внешняя труба 2 предназначена для организации потока холодного воздуха с температурой на входе t  через верхнее кольцевое пространство. Температура потока на входе t  измеряется термометром. Снаружи внешней трубы 2 смонтирован сосуд 11, содержащий воду с тающим льдом. Нижняя часть внешней трубы 2 выполнена конической формы, припаяна к внутренней трубе 1 и имеет выходной патрубок 10. В выходном патрубке 10 установлена термопара TIII для измерения температуры t  выходящего потока воздуха. Схема изменения температуры вдоль поверхности нагрева приведена на фиг.2.
Лабораторная установка по теплопередаче разработана на кафедре «Теплогазоснабжение и вентиляция» КрасГАСА и имеет следующие преимущества: простая по конструкции, дешевая, наглядная, позволяет легко устанавливать рабочий режим работы. Изобретение позволяет создать экономичную, дешевую и наглядную лабораторную установку по изучению теплопередачи в противоточном теплообменнике.