Определение тепловой нагрузки газовой плиты

Цель работы:

1.Определение экспериментальным и расчетным путем 3-х основ­ных показателей горелки: тепловой нагрузки, производительности и КПД.

2.Определение низшей теплотворной способности природного или сжиженного газов.

3.Построение графика зависимости η = f(P_гop).

Определение тепловой нагрузки, производительности и КПД горел­ки, а также часовой расход газа горелкой, приведенный к нормальным ус­ловиям, производятся на газобаллонной установке, изображенной на рис.6 (см. лабораторную работу № 6).

Описание экспериментальной установки и методику проведения ра­боты см. в лабораторной работе № 6. Кроме этого, настраивают клапан регулятора давления на три различных давления у газовой горелки (Р_гор=130, 300, 200 мм вод. ст.), Для трех различных давлений у устья го­релки производят измерения и обработку их данных, получая при этом КПД горелки плиты.

Общие теоретические положения

Важнейшей характеристикой газовой горелки является ее тепловая нагрузка – все затраченное газовой горелкой количество тепла, равное произведению теплотворной способности газа Q_н^р на часовой расход газа V_r:

Q_тн = Q_тн V_r,

где V_r – часовой расход газа горелкой, Нм³/ч; определение его про­изводится по методике лабораторной работы №6, а значения берутся из протокола № 6, Нм³/ч;

Q_н^р – низшая теплотворная способность газообразного топлива при известном составе его в объемных процентах достаточно точно определя­ется по выражению

Q_н^р = 85, 5 СН₄ + 152 С₂Н₆ + 218 С₃Н₈ + 284 С₄Н₁₀ + 350 С₅Н₁₂ + 141 С₂Н₄ + 205 С₃Н₆ + 271 С₄Н₈ + 25, 8 Н₂ + 30, 2 СО, ккал/нм³ или умноженное на 4, 18 в кДж/нм³, где СН₄, С₂Н₆, С_зН₈ … C₄H₈, Н₂, СО – содержание в газообразном топливе метана, этана, пропана, этилена, про­пилена, окиси углерода и проч. в процентах по объему;

85, 5; 152 – низшие теплотворные способности метана, этана и др., пересчитанные на 1% горючего компонента, содержащегося в газообразном топливе.

Теплотворная способность природного и сжиженного газа при из­вестном составе его в объемных процентах может быть также определена по выражению

Q_н^р = 4, 18(6600n + 1950), кДж/нм³,

где n – углеродное число для смеси метанового ряда и балласта.

Б = СО₂ + N₂, определяемое по выражению

n = (СН₄ +2 С₂Н₆ + 3 С₃Н₈ +…)/(100 – Б).

В случае, если состав газа неизвестен, Q_н^р определяется эксперимен­тально на автоматическом калориметре или другим хромотографическим методом.

Сосуд с водой, установленный на газовой плите, воспринимает тепло горелки при сжигании газообразного топлива. Это полезноиспользованное тепло горелки Q_n (производительность горелки) расходуется на нагрев воды за время опыта Q_B, сосуда Q_c и отдачу тепла сосудом в окру­жающую среду Q₀ (кДж/ч), то есть

Qn = (Qв + Qc + Q₀) x 60 / τ.

Тепло на нагрев воды Q_B подсчитывается по зависимости (кДж):

Q_в = G_в ´ C ´ (t_к-t_н),

где G_в – масса воды, нагреваемой в сосуде, кг;

С – теплоемкость воды, кДж/(кг К);

t_к t_н – температура воды соответственно в начале, и конце опыта, К.

Тепло на нагрев сосуда составит (кДж):

Q_о = G_с ´ C_с ´ (t_к-t_н),

где С_с – теплоемкость материала сосуда, кДж/кг-К;

t_H – начальная температура материала сосуда, которая может быть принята равной начальной температуре воды, К;

t_к – конечная температура сосуда; равная температуре воды в конце опыта (в момент снятия опытных данных), К.

Тепло, отдаваемое поверхностью сосуда в окружающую среду, со­ставит (кДж):

Q_о = Q_о^к + Q_о^р

где Q₀^K – тепло, отдаваемое конвективным путем (это тепло не учитывает­ся, так как стоящий на газовой плите сосуд омывается отходящими газами);

Q₀^Р – тепло, отдаваемое поверхностью сосуда радиацией, определяет­ся по выражению (кДж):

,

где ε – степень черноты полного нормального излучения материала сосу­да;

С₀ – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела,

Со=5, 7, Вт/(м²-град⁴);

F – поверхность теплообмена, м²;

t₁ – температура поверхности сосуда (К):

;

Т₂ – температура окружающего воздуха, К;

τ – время опыта, мин.

Таблица 7