Содержание к диссертации
Введение
Глава первая. Типы, свойства, методы расчета и оценки . Эффективности насадок регенераторов ДВПТ 14
1.1. Типы насадок регенераторов .14
1.2. Исследование теплообмена и гидравлического сопротивления насадок регенераторов 21
1.3. Методы расчета и оценки эффективности, насадок регенераторов 38
1.4. Задачи исследования 55
Глава вторая. Разработка иніенерной методики расчета основних размеров регенератора двигателя . С внешним подводом теплоти .60
2.1. Аналитическое определение основных видов потерь эксергии в регенераторе ДВПТ 60
2.1.1. Потери вследствие гидравлического сопротивления теплообменников двигателя 63
2.1.2. Потери эксергии вследствие наличия свободного объема теплообменников ДВПТ .*... 64
2.1.3. Потери-вследствие неидеальности теплообмена, обусловленной конечной разностью температур потока.рабочего тела.и.стенки . . теплообменника 65
2.1.4. Потери вследствие наличия кондукгивного теплового потока по корпусу.и насадке . регенератора. 68
2.1.5. Потери в окружающую, среду 69
2.2. Основные расчетные формулы 70
2.3. Критерии сравнительного термодинамического и технико-экономического анализа различных . типов насадок регенераторов ДШТ .78
2.4. Методика расчета основных.размеров . регенератора ДВПТ Q4
2.4.1. Выбор исходных данных для расчета 84
2.4.2. Определение оптимального режима течения рабочего тела через теплообменники 86
2.4.3. Определение относительного мертвого,объема теплообменников ДВПТ 86
2.4.4. Определение максимального объема полости расширения и среднемассового расхода paбочего тела через теплообменники .87
2.4.5. Расчет размеров теплообменников ДШТ и минимально возможных потерь эксергии для определения.типа поверхности . ... теплообменников. »87
2.4.6. Сравнительный анализ с термодинамической , . и технико-экономической точек зрения 88
Глава третья. Экспериментальное определение теплообмена и гидравлического сопротивления насадок, спе-. ченнщ. из дискретных металлических-волокон 90
3.1. Определение геометрических характеристик . насадок регенераторов 91
3.2. Метод экспериментального определения коэффициента теплоотдачи в насадках.регенераторов ; 106
3.3. Описание экспериментальной установки для определения характеристик по теплообмену - и гидравлическому сопротивлению .112
Глава четвертая .Результати расчетно-экспериментальшх исследований . .120
4.1. Результаты экспериментального исследования коэффициентов теплоотдачи и гидравлического- сопротивления , .120
.4.2. Результаты расчетных исследований 127
4.2.1. Исходные данные для расчетных исследований влияния типа насадки регенератора на ха- рактеристики ДВПТ
4.2.2. Исследование влияния типа насадки регенераторов на индикаторные показатели ДВПТ 129
4.2.3. Результаты расчетного исследования влияния типа насадки на индикаторные показатели. ДВПТ - 132
4.2.4. Сравнительный анализ различных типов насадок . регенераторов ДВПТ
Заключение .161
Список использованных источников
- Исследование теплообмена и гидравлического сопротивления насадок регенераторов
- Аналитическое определение основных видов потерь эксергии в регенераторе ДВПТ
- Определение геометрических характеристик . насадок регенераторов
- Результаты экспериментального исследования коэффициентов теплоотдачи и гидравлического- сопротивления
Введение к работе
Значение создания принципиально новых энергетических установок, в которых при условии высокой экономичности, низкого уровня шума, вибрации и токсичности могут быть использованы различные источники теплоты, неоднократно отмечалось в решениях ЦК КПСС и Совета Министров СССР.
В частности, в решениях ХХУІ съезда КПСС отмечено^...создавать принципиально новые виды транспортных средств, а также транспортные силовые установки, обеспечивающие существенное сокращение расхода топлива и энергии; увеличить масштабы использования в народном хозяйстве возобновляемых источников энергии (гидравлической, солнечной, ветровой, геотермальной)" и далее "...совершенствовать транспортные средства.с целью сокращения выбросов вредных веществ в окружающую среду..."
К таким перспективным энергетическим установкам можно отнести двигатель с внешним подводом теплоты (ДВПТ), работающий по замкнутому регенеративному циклу Стирлинга. Постановлением ГКНТ СМ СССР от 22 ноября 1976 года.№ 420 утверждена программа решения научно-технической проблемы ОЛ3.07, направленная на создание ДВПТ.
Однако, несмотря на целый ряд существенных преимуществ перед двигателями внутреннего сгорания, а также значительные усилия, вкладываемые в исследование и разработку ДВПТ, серийное производство их не осуществлено. Анализ проблем в разработке ДВПТ по материалам зарубежных патентов /2/ показывает, что одними из наиболее значимых элементов двигателя-в смысле.их усовершенствования и доводки являются элементы внутреннего контура. Наиболее актуальными задачами являются задачи повышения технологичности и надежности узлов и элементов двигателя. Авторы указанного анализа утверждают, что выявленные ими тенденции будут преобладать в ближайшие семь-десять лет.
Основным элементом внутреннего теплообменного контура ДВПТ является регенератор теплоты, действующий как аккумулятор, то принимая теплоту от рабочего тела при прямом его течении, то отдавая её при обратном. По данным работы /21/ отсутствие регенерации в ДВПТ снижает термический коэффициент полезного действия двигателя в 3,7 раза. Такое влияние регенерации на рабочий процесс ДВПТ объясняется тем, что в регенераторе циркулирует приблизительно в 3..,5 раз больше теплоты, чем подводится к газу в нагревателе /69/.
В этой связи выбор рациональной конструкции и типа насадки регенератора ДВПТ с целью повышения его технологичности и надежности является весьма актуальной и сложной задачей.
В настоящее время в качестве насадок регенераторов ДВПТ используют целый ряд пористых материалов, значительно отличающихся друг от друга свойствами. Традиционно применяемые в ДВПТ и холодил ьно-газовых машинах (ХГМ) насадки из прессованной проволочной путанки, стандартных сеток, сферических частиц, трубок малых размеров обладают рядом существенных недостатков. Например, прессованная путанка имеет низкие механические характеристики и неравномерное распределение материала насадки по её объему, что приводит к нестабильным теплогидравлическим характеристикам. Механические и теплогидравлические характеристики сетчатых насадок существенно зависят от условий сборки сеток в пакет. Кроме того, изготовление насадок регенератора из стандартных металлических сеток предполагает их дефицитность, высокую стоимость, значительные потери дорогостоящего материала. Насадки, изготовленные из частиц сферической формы, обладая низкой пористостью, оказывают сущест- венное гидравлическое сопротивление потоку рабочего тела ДВПТ, Трубчатые насадки, обладая низкой компактностью, ухудшают эффективные показатели ДВПТ, увеличивая его мертвый объем. Продольное по отношению к потоку рабочего тела расположение трубок в насадке резко увеличивает потери теплоты в цикле теплопроводностью.
В то же время прогресс в области порошковой металлургии и металлургии волокна дает возможность использовать в качестве насадок регенераторов ДВПТ новые спеченные из дискретных металлических волокон пористые материалы, обладающие оригинальными свойствами и широким диапазоном изменения параметров структуры. Применение спеченных насадок позволяет устранить перечисленные выше недостатки, присущие другим типам насадок. Однако, теплогидравли-ческие характеристики спеченых волокнистых материалов высокой пористости (0,6...0,9) практически не исследованы. Это не дает возможности сделать заключение об их^эффективноети в качестве насадок регенераторов ДВПТ, а также провести сравнительный анализ их с уже применяемыми в настоящее время насадками*
Необходимость такого анализа как с термодинамической, так и технико«*экономической точек зрения требует разработки методики расчета эффективности регенераторов с учетом специфических для ДВПТ условий их работы. Существующие методы расчета не позволяют учесть существенные для ДВПТ особенности ( влияние регенератора на рабочий процесс посредством мертвого объема, продольная теплопроводность и гидравлическое сопротивление насадки и теплообмен с окружающей средой.).Кроме того, большинство из существующих попыток сравнения различных насадок проведено из условия равенства их размеров. Такое условие подразумевает ошибочность результатов,так как различные типы насадок регенераторов могут иметь неодинаковые оптимальные размеры в двигателях подобного конструктивного исполнения. Поэтому достаточно корректное сравнение различных типов насадок может быть проведено только из условия максимального значения функции качества рабочего процесса ДВПТ, то есть при размерах регенераторов, близких к оптимальным.
Целью настоящей работы является раз* работка инженерной методики расчета основных размеров регенераторов и сравнительного анализа различных типов насадок на основе исследования их свойств и влияния на характеристики двигателя с внешним подводом.теплоты.
В соответствии с указанной целью поставлены следующие научно-технические задачи: провести анализ технологических вариантов и свойств существующих и перспективных типов насадок регенераторов; провести анализ существующих методов оценки эффективности и расчета регенераторов теплоты; провести анализ и математическое описание основных видов потерь вследствие необратимости процессов в регенераторах ДВПТ; разработать инженерную методику расчета основных размеров элементов внутреннего теплообмеиного контура; исследовать взаимовлияние эффективности регенераторов различных типов и характеристик ДВПТ; провести сравнительный анализ различных типов насадок регенераторов ДВПТ как с термодинамической, так и технико-экономической точек зрения; разработать экспериментальную установку дяя исследования теплогидравлических характеристик различных типов насадок регенераторов ДВПТ в стационарных условиях; провести экспериментальное исследование теплообмена и гидравлического сопротивления спеченых насадок регенераторов в стационарных условиях.
Работы по решению поставленных задач входят в комплекс разработок, проводимых Центральным научно-исследовательским дизельным институте», направленных на решение научно-технической проблемы 0.13.07 программы ГКНТ при Совете Министров СССР.
Предлагаемая в настоящей работе инженерная методика расчета основных размеров элементов внутреннего контура ДШТ основана на аналитических зависимостях, полученных из необходимого условия минимума функции суммарных потерь эксергии. Выбор эксергетического метода дает возможность с позиций второго закона термодинамики описать основные потери вследствие необратимости процессов в эле-» ментах внутреннего теплообменного контура, а также осуществить раздельный анализ их с целью наметить конкретные мероприятия по повышению эффективности регенератора ДШТ. При разработке методики расчета эффективности регенератора учитывались потери эксергии вследствие: неидеальности теплообмена, гидравлического сопротивления потоку рабочего тела, продольной теплопроводности корпуса и насадки регенератора, наличия свободного объема теплообменников, рассеивания теплоты в окружающую среду.
Методика сравнительного анализа различных типов насадок регенераторов ДВПТ основана на аналитической зависимости для определения минимально возможных потерь эксергии, полученной из условия выбора размеров регенераторов, близких к оптимальным. Однако, определяющим при окончательном выборе типа насадки регенератора является технико-экономический анализ, который в конечном счете опирается на расчет затрат общественно необходимого труда. В качестве критерия технико-экономической эффективности насадок регенераторов применена цена теряемой в процессе регенерации эксергии. Предлагается зависимость для ее определения.
Учет потерь эксергии вследствие необратимости процессов во внутреннем теплообменном контуре позволил оценить влияние типа теплообменной поверхности на индикаторные показатели ДВПТ.Расчет скоростных и нагрузочных характеристик ДВПТ с насадками регенераторов различных типов показал их существенное различие. Это дает возможность выбрать тип насадки регенератора в соответствии с назначением двигателя. Достоверность расчетных результатов подтверждается достаточно близким совпадением их с результатами экспериментального исследования характеристик на установке, моделирующей рабочий процесс ДВПТ.
С целью получения первичной информации для расчета и оценки сравнительной эффективности регенераторов, спеченных из дискретных металлических волокок,экспериментально получены их теплогид-равлические характеристики. Для определения коэффициентов теплоотдачи и гидравлического сопротивления создана экспериментальная установка. При обработке результатов использован метод сравнения теоретического решения задачи прогрева неподвижного пористого слоя с экспериментальными кривыми прогрева.
Результаты настоящей работы, разработанные методики и экспериментальная установка могут, быть использованы в научно-исследовательских и проектно-конструкторских организациях при выполнении НИР для: обоснованного расчета основных размеров элементов внутреннего контура ДВПТ на стадии эскизного проектирования; сравнительного анализа и выбора лучшего как с термодинамической, так и технико-экономической точек зрения насадок регенераторов ДВПТ; дальнейшего.более детального анализа рабочего процесса по внутреннем контуре.
Результаты исследования могут обеспечить рациональное проек- тирование внутреннего теплообменного контура ДВПТ с сокращением периода доводки и уменьшением материальных затрат.
Аналитические зависимости, на которых базируется расчет,спо-собствуют более глубокому пониманию сущности физических процессов, протекающих в регенераторах ДВПТ, и выявлению конструктивных параметров, наиболее существенно влияющих на эффективные показатели двигателя. Это позволяет использовать методику расчета в учебном процессе по специализации "Двигатели Стирлинга" при курсовом и дипломном проектировании.
Результаты экспериментально-теоретических исследований, по» лученные в настоящей работе, использованы в Центральном научно-исследовательском дизельном институте при проектировании, доводке и испытаниях лабораторного образца ДВПТ, а также в Физико-техническом институте АН УзССР при проектировании и испытаниях автономных солнечных энергетических установок.
Исследование теплообмена и гидравлического сопротивления насадок регенераторов
Из вышеизложенного ясно, что пористый материал, используемый в качестве насадки регенератора, может быть получен из различного исходного сырья различными методами. Это, в свою очередь, определяет и различные характеристики данных материалов, основными из которых, в функциональном плане, являются геплофизические и гидродинамические.
Следует отметить, что теплообмен в насадках является одним из сложных вопросов теории теплопередачи вследствие неопределенности поверхности теплообмена, В связи с этим в литературе пока еще нет установившегося мнения по поводу того, к какой задаче - внешней или внутренней - отнести теплообмен при протекании газа через насадки. Рассматриваются поэтому две модели движения потока. Первая из них основана на предположении, что движение потока в насадке подобно внутреннему течению в каналах сложной формы, у которых по длине периодически меняется форма и сечение. Согласно второй модели течение потока через насадку рассматривается как последовательное обтекание составляющих её элементов, т.е. эта модель ближе к внешнему обтеканию. Вероятно, к насадкам с широким изменением геометрических характеристик могут быть применимы обе модели. Имеется очевидно, какая-то зона, характеризуемая соотношением определяющих геометрических параметров, когда происходит смена условий движения газа. Учитывая, что пока (в связи с новизной вопроса) необходимые данные для указанного сочетания режимов течения и геометрии отсутствуют, представляется целесообразным рассмотреть все известные исследования пористых насадок при изме нении их геометрических параметров в достаточно широких пределах.
Обобщение теплофизических и гидродинамических характеристик для различных насадок регенераторов чаще всего осуществляется- пу тем построения критериальных зависимостей коэффициента гидравли-» ческого сопротивлениям числа Нуссельта от числа Рейнольдса,.
Однако, в связи с существованием двух моделей течения потока газа .через насадку.выбор.определяющего.размера в.критериальных уравнениях по..теплообмену и гидравлическому, сопротивлению .весьма условный . В настоящее время по этому вопросу существует несколько точек зрения, которые освещены в работах /9, 68/. - Анализ работ по исследованию гидравлического сопротивления пористых сред показывает, что в качестве определяющего размера принимают: средний размер частиц, средний размер пор, корень ква дратный из коэффициента проницаемости и отношение инерционного коэффициента пористой среды к вязкостному коэффициенту.
Физические свойства рабочего тела находятся обычно из уело-» вия среднеарифметических значений давления и температуры по длине насадки. Скорость движения потока в порах Wn принимается обратно пропорциональной пористости: W = IV/П , где W - скорость движения потока, отнесенная к полному сечению насадки.
Большинство авторов при обобщении экспериментальных данных по теплообмену и гидравлическому сопротивлению используют форму записи критериев, аналогичную форме, используемой в гидравлике для труб: (1.2) (1.3) f = 2bPd3/(pW k ); (i.i) JVu = cLscig/x
Такая форма удобна в с точки зрения выбора значений определяющих параметров, поскольку.средний размер пор и пористость являются самыми распространенными.характеристиками структуры пористой среды и почти всегда их находят экспериментально перед проведением , испытаний. Наибольшее распространение при-определении.среднего.ди-аметра пор получил метод вытеснения ЖИДКОСТИ из пор или пузырьковый метод /10/. Этот метод позволяет получать стабильные данные при относительной простоте эксперимента.
Аналитическое определение основных видов потерь эксергии в регенераторе ДВПТ
Анализ литературных источников показал разнообразие пористых материалов, применяемых в качестве насадок регенераторов. Эти материалы существенно отличаются друг от друга технологией изготовления, механическими и теплогидравлическими свойствами. Следовательно, использование различных материалов в качестве насадок регенераторов ДВПТ вызывает различное их воздействие на рабочий процесс двигателя. В связи с этим необходима достаточно простая инженерная методика оценки взаимовлияния процессов в регенераторах ДВПТ и его рабочего процесса. Такая оценка позволит выявить основные факторы, влияющие на эффективность двигателя и на основании этого выбрать размеры регенератора ДВПТ.
Целью работ, освещенных в данной главе, является разработка методики расчета регенераторов двигателя с внешним подводом теплоты, предназначенной для предварительного анализа конструктивных параметров предполагаемой в качестве регенератора насадки на начальном этапе проектирования двигателя.
В общем случае задача расчета регенератора ДВПТ - это задача оптимизации его конструкции из условия обеспечения минимума потерь при осуществлении реального рабочего процесса двигателя. Следовательно, для решения указанной задачи необходимо: выделить основные виды потерь в регенераторе,выяснить зависимость потерь от конструктивных параметров регенератора и двигателя, определить значения параметров регенератора, при которых суммарная величина потерь достигает своего минимума.
При опсании потерь в регенераторе двигателя целесообразно использовать эксергетический метод термодинамического анализа, преимущества которого достаточно хорошо известны /12, 22/. Предпочтительность эксергетического метода для термодинамического анализа процессов в регенераторе ДШТ объясняется в основном двумя причинами: рабочее тело в регенераторе находится при различных температурах на различных участках его длины, и энергетическая ценность одного и того же количества теплоты на разных участках регенератора, следовательно, различна; аддитивность эксергии позволяет осуществить раздельный анализ различных видов потерь вне зависимости друг от друга, что, в конечном ииоге, дает возможность наметить конкретные мероприятия по увеличению эффективности регенератора
Потери эксергии в теплообменниках ДВПТ могут быть представлены в виде суммы: где і - индекс, соответствующий рассматриваемому теплообменнику; / - индекс, соответствующий рассматриваемому виду потерь эксергии. Основными видами потерь в регенераторе двигателя с внешним подводом теплоты являются: 1) потери вследствие падения давления, обусловленного гидродинамический сопротивлением насадки ; 2) потери вследствие неидеальности теплообмена, обусловлен ной конечной разностью температур в процессе теплообмена; 3) потери вследствие продольной (осевой) теплопроводности по насадке регенератора; 4) потери вследствие наличия свободного объема насадки регенератора ; 5) потери вследствие рассеивания теплоты в окружающую среду. Нри определении основных составляющих потерь эксергии будем пользоваться основными уравнениями метода эксерге гических балансов: уравнением эксергии вещества в замкнутом объеме: d=dUadS-pdl/, (2.2) уравнением эксергии теплоты: d= (Ta)dS , (2.3) уравнением эксергии потока: d= т-тв as = с„чт-та (c,-f f . и. )
Основой для расчетного определения отдельных составляющих потерь являются экспериментальные данные. Такие данные широко представлены в литературе в виде критериальных уравнений вида: JVu=BRem - для характеристики конвективного теплообмена; Л = jj—п - для характеристики гидравлического сопротивления.
Необходимы также зависимости коэффициента продольной теплопроводности от характеристик пористой среды насадки регенератора и теплопроводности исходного при изготовления материала насадки.
При разработке инженерной методики приближенного расчета теплообменников ДВПТ принято, что: 1. Интенсивность теплообмена рабочего тела с насадкой, осевые тепловые потоки, теплообмен рабочего тела со стенками охладителя и нагревателя, гидравлическое сопротивление теплообменников - независимые друг от друга факторы. 2. Температура стенок и рабочего тела в горячей и холодной полостях двигателя постоянны. 3. Рабочее тело - идеальный газ. 4. Утечки рабочего тела отсутствуют. На основании указанных допущений и уравнений эксергии необходимо найти аналитические выражения для каждого вида потерь в каждом теплообменнике двигателя.
Определение геометрических характеристик . насадок регенераторов
Как уже отмечалось ранее, геометрические характеристики наса-док реального регенератора даже для сеток зависят не только от первоначальных характеристик сеток, идущих на изготовление регенератора, но и от технологии заполнения регенератора насадкой Для спеченных насадок регенераторов это тем более справедливо.
Отличительная особенность рассматриваемых материалов состоит в том, что они образованы из хаотически расположенных волокон со строго определенным отношением длины к диаметру. Хаотичность вызывает необходимость дополнительного исследования геометрических характеристик насадки регенератора. Ниже предпринята попытка найти с помощью геометрической (пространственной) модели взаимосвязь между структурными параметрами (удельная поверхность, средний диаметр пор и т.д.), гидродинамическое сопротивление, теплопровод» ности и определяющими параметрами - общей пористостью и диаметром исходных волокон.
Определенным образом перераспределяя компоненты пористого тела (волокна и пустоты) в пространстве, можно от хаотической структуры в реальном пористом теле перейти к упорядоченной (рис.3.1),в которой будет иметь место дальний порядок. Если при данной операции упорядоченная структура сохраняет основные свойства хаотической (в данном случае - анизотропность, механическую устойчивость, геометрическое равноправие), го при анализе процессов, происходящих в пористом теле, хаотическую структуру можно заменить адекватной упорядоченной. Подробно принципы перехода реальной пористой структуры к упорядоченной описаны в литературе /24/.
В данном конкретном случае, применительно к материалам, изготовленным из дискретных волокон, поперечные размеры волокон много меньше их длины, переход от хаотической реальной структуры к фиктивной упорядоченной будет оправдан, если принять ряд допущений: 1. Диаметры элементарных волокон равны. 2. Волокна, из которых изготовляются пористые материалы, ци линдрической формы. 3. Фиктивная пористая среда представляет собой слоистый мате-риал, каждый слой которого состоит из волокон, расположенных в одной плоскости параллельно друг другу; последующий слой образован аналогично, однако волокна расположены перпендикулярно волокнам предыдущего ряда,
4. Между волокнами в направлении усилия прессования существует точечный контакт, то есть увеличение высоты образца создается путем последовательного наложения слоев, толщина которых равна диаметру волокна,
5. Из предыдущего пункта следует, что рост пористости материала осуществляется только за счет увеличения расстояния между волокнами соответственно в каждом слое (обозначим величины этих расстояний соответственно V и # ), в отличие от насадок-сеток, где увеличение пористости происходит за счет увеличения расстояния между волокнами в соседних слоях.
7. Сумма поверхности всех волокон равна сумме поверхностей поровых каналовСкак следствие пункта 5)и отсутствия закрытой порис тости.
Исходя из вышеизложенного, находим выражения для среднего расстояния между соседними волокнами и удельной поверхностью. Для этого необходимо выделить из фиктивной пористой среды элементарный объем, многократным повторением которого можно получить всю фиктивную пористую среду. Этим объемом является параллелепипед:
Пористость определяется как отношение объема пространства,свободного от волокон, к полному объему пористого тела. Для выделенного элементарного объема значение пористости определяется следующим образом:
Следовательно, при рассмотрении структуры пористого тела можно различать два диаметра пор, оба из которых могут быть использованы в качестве определяющего размера при обработке экспериментальных данных по теплообмену и гидравлическому сопротивлению.
Последний из указанных диаметров получен из соотношения,определяемого удельной поверхностью поровых каналов, и применение его в качестве определяющего размера будет правильным при исследовании процессов на внутренней поверхности пористого тела - теплообмен, катализ, смачиваемость и т.п. Характеризовать же гидродинамические процессы в пористом теле эквивалентный диаметр пор может лишь в случае участия в гидродинамическом трении всей поверхности пористого тела, то есть в том случае, когда отсутствуют так называемые застойные зоны. Условно можно определить ту границу, когда гидравлическое сопротивление пористого тела определяется всей внутренней поверхностью, а когда только проходным сечением пор. Такой границей является критическая пористость, при которой происходит перекрытие пор. Из рис. 3.1. видно, что достижение критической пористости возможно при выполнении условия сР" - d .
Результаты экспериментального исследования коэффициентов теплоотдачи и гидравлического- сопротивления
Испытания насадок регенераторов, изготовленных из дискретных волокон меди, проводились на экспериментальной установке, схема и общий вид которой представлены на рис. 3.2 и 3.3. При проектировании и изготовлении установки учтены рекомендации, имеющиеся в литературных источниках. В частности, конструкция экспериментальной установки должна обеспечить выполнение условий, при которых получено теоретическое решение прогрева пористого тела. Так, например, теоретическое решение основывалось на трех основных предположени-, ях (см.п.3.2). Первое предположение обеспечивалось малыми диапазонами изменения температуры (300...340 К) и давления (близко к атмосферному), ,
Второе предположение обеспечивалось выбором веса насадки больше минимальной величины, теоретически полученной в работе/59/ G .= Wnc ср , (3.46) где W - объемный расход газа через экспериментальный образец.
Основными узлами установки являются электронагреватель воздуха, источник воздуха, измерительная часть,.экспериментальный узел для установки исследуемого образца насадки.
В качестве нагревателя воздуха применен трубчатый никелевый теплообменник, помещенный в муфель лабораторной проходной печи СУОЛ-4 с максимальной мощностью и температурой нагрева соответственно 2,5 квг и I250C . В качестве источника воздуха используется воздуходувка RUTS с максимальным расходом 90кг/час. К измерительной части относятся трехзаходная термопара ХА, ротаметр РС-6 и РМ-25, дифференциальный манометр, потенциометр КСП-4, устройство поддержания постоянной температуры нагревателя, принципи» альная схема которого приведена на рис. 3.6.
Воздух прокачивался по тракту воздуходувкой (I). После воздушного ресивера (2) и ротаметра (3) воздух подогревался до рабочей температуры в электронагревателе (6). Подогретый воздух с помощью переключающей заслонки (7) подавался в обводную линию и проходил контрольный патрон с идентичной рабочему образцу насадкой регенератора. С помощью этого патрона устанавливалось сопротивление обводной линии, равное сопротивлению насадки при заданном расходе, который замеряли ротаметром (3). Обводная линия используется во время прогрева установки и вывода ее на режим.
После достижения постоянной температуры воздуха на входе в насадку регенератора (5) поток воздуха с помощью той же заслонки (7) направляется в основную линию, проходит насадку и поступает в воздуходувку.—.,.-.
Наличие обводной линии позволяет до проведения эксперимента прогреть установку, что сводит градиент температуры по тракту к минимуму в процессе.измерения и обеспечивает совместно с устройством поддержания постоянной температуры в нагревателе стабильную температуру на входе в насадку регенератора.
Смеситель, в котором расположена управляющая направлением потока заслонка (7)., позволяет обеспечить достаточно равномерное поле скоростей воздуха на входе в экспериментальный образец. Перед проведением эксперимента испытуемый образец находился в окружающей среде и имеет соответствующую температуру, что позволяет считать,поле температур в насадке в начальный момент эксперимента равномерным Температура воздуха в обводной и основной линии на входе и выходе экспериментального пористого образца измерялась хромель-алюмелевыми;трехзаходными ( для увеличения силы сигнала) термопарами диаметром 0,2мм с раскатанными для уменьшения инерции спаями и регистрировалась самопишущим потенциометром КСП-4.
В процессе эксперимента регистрируются изменения температуры воздуха в зависимости от времени по мере прогрева слоя насадки от начальной температуры (290...300)Кдо конечной (330...340)Кпри изменении величины расхода в диапазоне 0,5...20 м3/час.
Экспериментальные исследования начинались с определения гидравлического сопротивления насадки регенератора. Изменением положения заслонки воздуходувки изменялся расход воздуха с одновременной фиксацией его изменения по ротаметру и изменения падения давления на образце по дифференциальному манометру. Кроме того, определялась в начале серии опытов температура окружающей среды - ртутным термометром. После достижения максимального расхода воздуха эксперименты повторялись при постепенном снижении-расхода воздуха до его минимального значения. После снятия характеристик гидравлического сопротивления был произведен.отбор насадок с достаточно бли зкими- указа иными характе ри стиками.
Выбранные насадки помещались в рабочий и контрольный патроны. Предварительно.включается электропечь и происходит ее прогрев до заданной температуры. В дальнейшем условие постоянства температуры муфеля печи обеспечивается устройством, принципиальная схема которого приведена на рис. 3.6.
