Описание экспериментальной установки и методики измерений

Исследовательская часть работы выполняется на специальном экспериментальном стенде. Циклонно-вихревая камера (Рисунок 1) представляет собой гладкостенную вертикальную металлическую модель внутренним диаметром мм.

Ввод воздуха в камеру осуществляется тангенциально расположенными к внутренней поверхности ее рабочего объема входными каналами (шлицами) 6 с двух диаметрально противоположных сторон. Ширина прямоугольных шлицев (сопел) и их высота могут варьироваться специальными вкладышами. При этом соответственно меняется и суммарная площадь входа потока , где - число входных каналов. Отвод газа из модели осуществляется через плоский торец с круглым осесимметричным выходным отверстием, безразмерный диаметр которого может меняться в диапазоне от 0, 2 до 0, 6.

Общая схема аэродинамических измерений на стенде представлена на Рисунке 2. В качестве дутьевого устройства используется воздуходувка типа В 10/1250 производительностью 10000 м³/ч и полным напором мм вод. ст. (12, 26 кПа). Расход воздуха на установку измеряется нормальной диафрагмой предварительно протарированной по полю скоростей, снятому в мерном сечении подводящего трубопровода. Температура воздуха, подаваемого в исследуемую камеру, измеряется непосредственно перед установкой ртутными лабораторными термометрами ТЛ-4 (диапазон измерения (0-50)°С). Измерение статического давления на боковой поверхности камеры и в шлицах проводится через дренажные отверстия диаметром 0, 7 мм U -образными водяными дифманометрами.

Рисунок 1. Схематический чертеж модели циклонно-вихревой камеры:

1-корпус; 2-выходной торец; 3-коллектор; 4-глухой торец; 5-вкладыш; 6-входной канал (шлиц); 7-прижимной болт; 8-бобышка для крепления координатника пневмометрического зонда; 9-штуцер отбора статического давления.

Рисунок 2. Общая схема аэродинамических измерений:

1-вентилятор; 2-термометр; 3-импульсная трубка; 4-трубопровод; 5-нормальное сужающее устройство (диафрагма); 6-микроманометр; 7-регулирующая заслонка, 8-раздаточный короб ресивер; 9-коллектор; 10-циклонно-вихревая камера; 11-пневмометрический зонд; 12-U-образные трубки; 13-манометричеокий щит.

В опытах осуществляется исследование полей скоростей и давлений в рабочем объеме камеры в 1-3 сечениях (в зависимости от поставленной задачи). В качестве пневмометрического насадка используется трехканальный цилиндрический зонд[3, 10] с диаметром приемной части 2, 6 мм. Перемещение зонда в измерительном сечении и его аэродинамическая ориентировка в потоке производится координатником с ручным приводом. Введение измерительного насадка в рабочий объем модели не вносит существенных возмущений в поток. Цилиндр, теплоотдача конвекцией к воздуху от которого исследуется в работе, представляет собой гладкостенный паровой калориметр. Исследование теплоотдачи производится по методу изменения агрегатного состояния греющего агента - конденсации слегка перегрётого водяного пара, подаваемого внутрь калориметра. Схематический чертеж цилиндра - калориметра пригоден на Рисунке 3. Длина калориметра - 400 мм, толщина стенки рабочего участка - 2 мм. Наружный диаметр цилиндра-калориметра при проведении опытов может изменяться от 45 до 140 мм. Верхний торец рабочего участка калориметра теплоизолирован текстолитовым диском, нижний - охранным участком.

Принципиальная схема тепловых измерений приведена на Рисунке 4.

Как видно из Рисунка. 4, греющий пар из электрокотла через электрические основной и выносной перегреватели по подводящей трубке поступает в рабочий участок калориметра. Для исключения возможности попадания в калориметр жидкой фазы на входе пара в рабочий участок поддерживается и непрерывно контролируется протарированной медь - константановой термопарой небольшой перегрев(2 + 3)°С. Отсчет ЭДС термопары производится переносным потенциометром типа ПП-63. Для обеспечении стока конденсата нижняя часть парового пространства калориметра имеет небольшую конусность (Рисунок 3). Отвод излишнего пара и паро-воздушной смеси осуществляется в охранный участок калориметра, в оттуда через отводящий штуцер в дренажную систему. При этом исключаются потери тепле не только от нижнего торца рабочего участка, но и на линии отвода конденсата. Сбор конденсата с рабочего участка производится через гидравлический затвор, обеспечивающий создание определенного (400+600 мм. вод. ст.) давления в рабочем участке калориметра.

Поддержание требуемых величин избыточного давления и перегрева в стационарном режиме осуществляется регулировочным краником, а при изменении нагрузки камеры также и за счет регулирования реостатами электрической мощности нагревательных элементов котла и выносного пароперегревателя.

Рисунок 3. Схематический чертеж парового калориметра:

1 – теплоизоляционный диск; 2 – рабочий участок; 3 – охранный участок; 4 – паровая рубашка; 5 – штуцер отвода конденсата; 6 – штуцер отвода паровоздушной смеси; 7 – соединительная трубка; 8 – трубка подвода пара; 9 – продувочная магистраль.

Рисунок 4. Принципиальная схема экспериментального стенда для исследования конвективного теплообмена:

1-циклонно-вихревая камера; 2-гидравлический затвор; 3-мензурка; 4-сосуд с тающим льдом; 5-потенциометр; 6-регулировочный кран; 7-вентиль; 8-выносной пароперегреватель; 9-дренажная система, 10-реостат; 11-нагревательный элемент; 12 – водомерное стекло; 13-сепарационное устройство; 14-предохранительннй клапан; 15-манометр; 16-электрический паровой котел; 17-основной пароперегреватель; 18-термопара; 19-калориметр; 20-продувочный кран; 21-трубка подвода пара.