Часть 2. Практикум
Курс “Строительнойфизики “ для студентов строительныхспециальностей входящий в основукомплекса научного проектирования ипрактического возведения зданий исооружений, содержит вопросы строительнойсветотехники и акустики, строительнойтеплотехники.
Данный лабораторныйпрактикум в основном посвящён разделутеплофизики (теплотехники) и имеет своеюцелью закрепление теоретических знанийпри изучении теплотехнических свойствограждающих конструкций и микроклиматапомещений.
В процессе выполнения работстуденты приобретают навыкиэкспериментирования и анализа полученныхрезультатов с точки зрения физико-техническихтребований, предъявляемых СНиП как котдельной конструкции, так и к зданиюили сооружению в целом.
В изготовленииэкспериментальных установок, принималиучастие Ордин А. П. , Вавилов С. В., ГрызловВ. С.
В написаниипервого варианта лабораторного практикумапо строительной физике (Изд. ЧФ ВоПИ1992 г) принимал участие доцент ДобромысловН.А.
При написаниитехнического отчета по работе пользоватьсяуказаниями [9].
Указание по технике безопасности
а)включать установку без разрешенияпреподавателя;
б)оставлять работающую установку безприсмотра;
в)прикасаться к оголенным проводам;
г)включать установку и регулироватьнапряжение при отсутствии контактащупа с наружной шиной (работы № 1, 2,3).
2.После окончания эксперимента отключитьустановку от электрической сети.
3.Обо всех замеченных неисправностях вработе установки необходимо немедленносообщить преподавателю или лаборанту.
4.После окончания работы в лабораториистудент(ы) должен(ы) сдать свое рабочееместо преподавателю или лаборанту.
5.Перед включением экспериментальныхустановок лабораторных работ № 1, 2 и 3необходимо обеспечить надёжный контактщупа с наружной шиной.
Работа 1 исследование температурного поля наружной стены методом электрического моделирования
Цельработы:изучение и построение одномерноготемпературного поля наружной стены вусловиях стационарной теплопередачи;расчеты тепловых потоков, термическогосопротивления.
Оборудование:установка – электрическая модельфрагмента наружной стены из сплошнойкирпичной кладки.
1.1. Теоретическое введение [1]
В наружных огражденияхза счет разности температур внутреннегои наружного воздуха возникает передачатепла, направленная в сторону понижениятемпературы.
Передача тепла в общемслучае может осуществлятьсятеплопроводностью, конвекцией иизлучением. Передача тепла черезоднородное тело осуществляется восновном теплопроводностью.
Процесстеплопроводности описываетсядифференциальным уравнением Фурье:
(1.1)
где t– температура;τ – время; a– коэффициент температуропроводности;-оператор Лапласа; с– удельнаятеплоемкость среды; – объемная мощность внутренних источниковтепла;ρ– плотность среды.
Еслипроцесс передачи тепла являетсястационарным ()и внутренние источники тепла отсутствуют(qv= 0), то уравнение (1.1) упрощается ипреобразуется к уравнению Лапласа,которое в декартовой системе координатимеет вид:
(1.2)
Электрическоемоделирование тепловых процессовосновано на математическом подобииуравнений электро- и теплопроводности.
Несмотря на различие физической природыэтих явлений, они описываются одинаковымипо форме уравнениями. В частности, дляэлектростатического поля в вакуумесправедливо такое же уравнение Лапласа,что и уравнение (1.
2), но вместо температурыtв нем фигурирует потенциал электрическогополя U:
(1.3)
Всвязи с этим для определения тепловыххарактеристик ограждающих конструкцийзадачу непосредственного измерениятепловых характеристик в натуре можносвести к задаче измерения электрическихпараметров в модели.
Присоздании электрической модели конкретнойограждающей конструкции необходимоучитывать количественные соотношениямежду тепло- и электропроводностью,которые следуют из аналогии законовФурье и Ома в дифференциальной (локальной)форме:
,
.
где – вектор плотности теплового потока; – вектор плотностиэлектрического тока; λ, σ – коэффициентытеплопроводности и электропроводности.
Таким образом, вметоде электрического моделированиядолжны выполняться три основных принципаподобия натуры и модели:
-
Геометрическое подобие формы. Этот принцип означает, что расстояния между любыми сходными точками на модели и в натуре должны быть пропорциональны друг другу (коэффициент подобия -).
-
Сходство математических уравнений.
-
Подобие физических констант. Это подобие означает, что коэффициенты тепло- и электропроводности в сходных точках должны изменяться пропорционально друг другу:
В соответствии сизложенными принципами создаетсямодель, например плоской наружной стены,из листа электропроводной бумаги,которому придается форма, подобнаяформе исследуемой конструкции.
Еслитолщина конструкции значительно меньшеостальных ее размеров, то можно считать,что тепловой поток распространяетсятолько в одном направлении: перпендикулярноповерхности стены.
В этом случае можноиспользовать по аналогии законы Фурьеи Ома в интегральном форме:
(1.3)
(1.4)
где q– плотность теплового потока тепла черезединицу поверхности стены;Δt– разностьтемператур на поверхностях плоскогослоя; δ – толщина плоского слоя; I– величинатока; Rэ– электрическое сопротивление проводника,на концах которого поддерживаетсяразность потенциаловΔU.
Сравнение уравнений(1.3) и (1.4) позволяет установить аналогиюмежду плотностью теплового потока qи величиной тока I;между перепадом температур Δtи разностью потенциалов ΔU,между коэффициентами λи σ,а также позволяет ввести понятиетеплового сопротивления Rт,аналогично понятию электрическогосопротивления:
(не Омы!).
Модуль плотноститеплового потока вычисляется по формуле:
Термическимсопротивлением однослойной конструкцииRтназываетсявеличина:
Таким образом:
; .
Малоподвижные слоивоздуха, находящиеся непосредственноу поверхностей конструкций, такжеобладают термическими сопротивлениями.В связи с этим для внутренней поверхностиможно ввести понятие сопротивлениятепловосприятию Rв,а для наружной – сопротивление теплоотдачеRн.Величины этих сопротивлений
где αв– коэффициенттепловосприятия внутренней поверхности;αн– коэффициент теплоотдачи наружнойповерхности.
Численные значенияαви αнприводятся в СНиПе.
Общее термическоесопротивление ограждающей конструкцииопределяется по формуле:
.
В стационарныхусловиях плотность теплового потока,проходящего любую плоскость сеченияограждающей конструкции, имеет постояннуювеличину, что позволяет записатьследующие соотношения:
(1.5)
гдеtв,tн,tн.пи tв.п– температура внутреннего, наружноговоздуха, наружной и внутренней поверхностейсоответственно.
Решаяуравнения (1.5) относительно tв.п,получим формулу для определениятемпературы внутренней поверхностиконструкций:
Температуравоздуха внутри помещения отлична от температуры стены tв.п(скачок температур).
ЗначениеΔtн(скачка температуры) нормируется в СНиП.
Аналогично можно вычислить температуру в любойплоскости конструкции, зная термическоесопротивление между этой поверхностьюи поверхностью наружной стены.
Изметеорологических наблюдений в каждойместности задают значения tн.В строительном деле используют усредненныеданные за период ≥10 лет. Для Вологодскойобласти и Череповца величины среднемесячныхпо году температур tнприведены в таблице (см. Приложение,табл. 5. Там же приведены значения и,).
Значениетемператур tвважно для нормального функционированиячеловека в помещении. Оптимальнаятемпература для работы умственногохарактера 23-24 °С. Температура 27-28 °С воспринимается как жарко, 17-18 °С –прохладно, 14-12 °С – холодно. При заданиизначения tвруководствуются данными Приложения,табл. 6.
При физиологической приемлемости помещенияважной вехой является температура tв.п, перепад температур Δtн= tв–tв.пи относительная влажность f%.Значения температур tв,tв.п,Δtнвлажности нормируются в СНиП, причемдолжно быть обязательно tв.п>td, гдеtd– точка росы [1, с. 45-46].
Источник: https://StudFiles.net/preview/5780947/page:15/
Теплотехника лабораторный практикум часть 2
Лабораторная работа № 6
Определение характеристик влажного воздуха
Тема: «Термодинамические свойства рабочих тел».
Цель работы:
– опытным путем определить характеристики влажного воздуха;
– получить навыки работы с id – диаграммой влажного воздуха.
работы
Объектом исследования является воздух в производственном помещении, предметом – основные характеристики влажного воздуха.
В процессе выполнения работы необходимо:
– познакомиться с принципом действия и устройством приборов для замера параметров воздуха;
– провести измерения температуры «сухим» и «мокрым» термометрами в указанном преподавателем помещении;
– используя id – диаграмму, определить характеристики влажного воздуха.
– оценить погрешность найденных величин по id – диаграмме и психрометрической таблице.
– показать на id- диаграмме процессы приведения состояния в ком-
фортные условия, рассчитать потребное количество тепла и влаги.
Оборудование и справочные материалы лабораторной работы
Для определения характеристик влажного воздуха в стационарных и походных условиях используются аспирационные психрометры. Промышленностью выпускаются аспирационные психрометры с механическим приводом вентилятора и с электродвигателем. Пределы шкалы термометров от – 31 до +51 0С. Цена деления термометра 0,20С. Диапазон измерения относительной влажности от 10% до 100%
Аспирационные психрометры (рис.2.9.) состоят из двух одинаковых ртутных термометров 5 и 8, закрепленных в специальной оправе 4 и аспирационной головки 7, содержащей заводной механизм 6. Резервуары термометров помещены в трубки защиты 1 и 2 с воздушным зазором меж ними, чтобы предохранить чувствительные части термометров от нагревания тепловой радиацией.
Кроме того, наружная поверхность трубок тщательно полируется и никелируется. Сами трубки изолированы друг от друга теплоизоляционным материалом 3 и 10. Трубки защиты соединены с аспирационной чашкой полой трубкой 9. Чувствительная часть правого термометра обернута батистом в один слой и перед замером температуры смачивается дистиллированной водой с помощью пипетки.
Прибор работает следующим образом. Вращением вентилятора в прибор всасывается воздух, который обтекает чувствительные части термометров со скоростью более 2,5 м/с. Термометр «сухой» показывает температуру воздуха в помещении. Термометр «мокрый» фиксирует температуру полностью насыщенного влагой воздуха. Рис. 2.9
Барометр-анероид
Барометр-анероид (рис.2.10) предназначен для измерения атмосферного давления.
Чувствительным элементом в барометре является металлическая коробка с волнистыми поверхностями. В коробке создано разряжение. При изменении атмосферного давления короб деформируется и через передаточный механизм перемещает стрелку указателя атмосферного давления. Шкала барометра проградуирована на давление в мм рт. ст. и гПа.
Рис. 2.10
Таблица 2.5 представляет величину относительной влажности при различных показаниях «сухого» и «мокрого» термометров.
Т а б л и ц а .2.5.
Психрометрическая таблица(относительная влажность в %)
|
tc-tм tм |
0 |
0,5 |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
2,5 |
3,0 |
3,5 |
4,0 |
4,5 |
5,0 |
|
10 |
100 |
94 |
87 |
82 |
76 |
71 |
66 |
61 |
57 |
53 |
48 |
|
11 |
100 |
94 |
87 |
82 |
77 |
72 |
67 |
62 |
58 |
54 |
50 |
|
12 |
100 |
94 |
88 |
82 |
78 |
73 |
68 |
63 |
59 |
56 |
52 |
|
13 |
100 |
94 |
88 |
82 |
78 |
73 |
69 |
64 |
60 |
57 |
53 |
|
14 |
100 |
94 |
89 |
83 |
79 |
74 |
70 |
65 |
62 |
58 |
54 |
|
15 |
100 |
95 |
89 |
83 |
79 |
74 |
71 |
66 |
63 |
59 |
55 |
|
16 |
100 |
95 |
90 |
84 |
80 |
75 |
72 |
67 |
64 |
60 |
57 |
|
17 |
100 |
95 |
90 |
84 |
80 |
75 |
73 |
68 |
65 |
61 |
58 |
|
18 |
100 |
95 |
90 |
85 |
81 |
76 |
74 |
69 |
66 |
62 |
59 |
|
19 |
100 |
95 |
90 |
85 |
81 |
77 |
74 |
70 |
67 |
63 |
60 |
|
20 |
100 |
95 |
91 |
86 |
82 |
78 |
75 |
71 |
68 |
64 |
61 |
|
21 |
100 |
95 |
91 |
86 |
82 |
78 |
75 |
71 |
68 |
64 |
62 |
|
22 |
100 |
95 |
91 |
87 |
83 |
79 |
76 |
72 |
69 |
65 |
63 |
|
23 |
100 |
96 |
91 |
87 |
83 |
79 |
76 |
72 |
69 |
66 |
63 |
|
24 |
100 |
96 |
92 |
88 |
84 |
80 |
77 |
73 |
70 |
67 |
64 |
|
25 |
100 |
96 |
92 |
88 |
84 |
80 |
77 |
73 |
70 |
67 |
64 |
Проведение опыта
Подвесить психрометр в указанном помещении. Смочить водой батист на резервуаре правого термометра. Запустить вентилятор. Через четыре минуты снять показания термометров («сухого» и «мокрого»).
Обработка результатов опыта
Исходными данными являются температуры «сухого» и «мокрого» термометров и барометрическое давление.
По id – диаграмме (рис. 2.11) определить следующие характеристики влажного воздуха: энтальпию; влагосодержание; относительную влажность; температуру точки росы; давление водяного пара во влажном воздухе. Полученные значения записать в отчет.
Определить относительную влажность по психрометрической таблице, сравнить ее с величиной , найденной по іd – диаграмме. Подсчитать, сколько тепла необходимо подвести и сколько воды нужно испарить или поглотить для достижения в исследуемом помещении комфортных условий (t = 22 0C и φ= 60%)
I d – диаграмма влажного воздуха
Рис. 2.11
Отчет оформляется согласно требованиям п. 2.1.2 настоящего пособия. Кроме оформленного заголовка отчет должен содержать:
1. Перечень использованных приборов.
2. Исходные данные.
3. Диаграмму влажного воздуха в i d координатах.
4. Результаты измерений и вычисления.
5. Выводы.
В выводах указать, какую обработку воздуха необходимо провести для достижения комфортных условий.
Контрольные вопросы по теме лабораторной работы
1.Какое состояние пара считается насыщенным?
2. Что понимается под степенью сухости пара?
3. Что такое перегретый пар?
4. Какой воздух называют влажным?
5. Что понимается под относительной влажностью?
6. Дать определение температуре точки росы.
7. Что понимается под влагосодержанием?
8. Выразить величину влагосодержания через относительную влажность.
9. Объяснить принцип построения i d – диаграммы.
10. Показать, как определяются параметры влажного воздуха по i d – диаграмме.
Лабораторная работа № 7
Определение показателей поршневого компрессора
Тема: «Компрессоры и холодильные установки»
Цель работы:
– изучить устройство и принцип действия компрессорной установки
Источник: http://kursak.net/teplotexnika-laboratornyj-praktikum-chast-2/
Add comment