2015-10-22
653
светового проема с двойным остеклением
Цель работы: Экспериментальное определение коэффициента теплопередачи, вычисление тепловых потерь через оконный проем.
Список литературы
1.Тихомиров К.В., Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция. - М.: Стройиздат, I981.
2. Исаченко В.П., Осипова В.А.,Сукомол А.С. Теплопереда-ча.-М.: Энергия. I981. §2.1, с.24-32.
3. Синицына И.Е., Корепанов Е.В, Методические указания по тепло-гидравлическим расчетам в дисциплине ТГВ. - Ижевск: Ро-тапринт ИМИ. 1986, с.7-9, 13. 21-22.
Задание.
1.Измерить температуру наружного tн и внутреннего tв
воздуха, температуру поверхности датчика теплового потока
τд, температуру внутренней τв и наружной τн поверхности остекления.
2. Вычислить плотность теплового потока, передаваемого
через остекление q, коэффициенты теплоотдачи на внутренней αв
и наружной αн поверхностях остекления, коэффициент тепло-проводности наружной прослойки λвп, термическое сопро-тивление воздушной прослойки R λвп
3. Вычислить термическое сопротивление теплопередачеRо. Сравнить с требуемым значением термического сопротивления Rтр
|
|
|
4. Вычислить коэффициент теплопередачи k и сравнить с нор-мативным значением.
5. Вычислить теплопотери через световой проем. Оценить погрешность.
6. Оформить отчет.
Основные сведения
Тепловые потери через световой проем с двойным остеклением вычисляются по уравнению теплопередачи
Q=qF=k(tв-tн)F, Вт.
F - площадь светового проема, q - плотность теплового потока.
| k=1/Rо, Вт/м2* град. |
Коэффициент теплопередачи связан с термическим сопротивлением соотношением
Термическое сопротивление
Rо=Rαв+Rλе+Rλвп+Rλе+Rαн =1/αв+ δе/λе+δвп/λвп + δc/λc δc/λc +1/αн,
гдеRαв -термическое сопротивление теплообмену на внутренней поверхности остекления; Rλc и Rλвп - термическое сопротивление теплопроводности стекла и воздушной прослойки;Rαн- термичес-кoe сопротивление теплообмену на наружной поверхности остек-ления;
δе и δвп - толщина стекла и воздушной прослойки, а λс и λвп - их коэффициенты теплопроводности; αв и αн - коэффициенты тепло-отдачи на внутренней и наружной поверхностях остекления.
Нормативные значения термических сопротивлений при-ведены в таблице.(СНиП 11-3-79**Строительная тепло-техника).
| Термическое сопротивление | Условные обозна-чения | Значение | |||
| конвективному теплообмену на внутренней поверхности | Rαв | 0.114 | |||
| конвективному теплообмену на наружной поверхности | Rαн | 0.043 | |||
| теплопроводности вертикальных замкнутых воздушных прослоек | лето | δвп мм | Rλвп | 0.146 | |
| 0.155 | |||||
| 200-300 | 0.155 | ||||
| зима | δвп мм | 0.170 | |||
| 0.180 | |||||
| 200-300 | 0.169 | ||||
| Теплопередаче двойного остекления | Rо | 0.380 |
Сопротивление теплопередаче. Rо должно удовлетворять условию Rо => Rотр .
|
|
|
где Rотр - требуемое термическое сопротивление (минимально допустимое взимних условиях). Согласно СниП
Rотр =n(tв-tн)/ αв ∆tн
Здесь n - поправочный коэффициент, учитывающий уменьшение расчетной разности температур для ограждений, которые отделяют отапливаемые помещения от неотапливаемых и непосредственно не соприкасающихся о наружным воздухом (для светового проема n=1)
∆tн - нормируемая разность температуры воздуха в помещении и температуры внутренней поверхности остекления (∆tн =6ºC). Для города Ижевска принимать tв18ºС; tн =- 38°С.
Описание экспериментального участка
Исследуется окно лаборатории с двойнымостеклением (рис.14)(λс=0.74 Вг/(м х град). δс = 3± 0,1мм).
|
Температура воздуха измеряется тер-мометрамиtв и tв. Для измерения температуры по-верхностейτв,τн
| участка |
остекления и τд датчика тепло-вого потока ис-пользуется гипер-термопары хро-мель-копель (10 после-довательно включенных термопар). Сиг-налы с термопар через перекяюча-тель термопар ПТ и переключатель поляр-ности B1 подаются на потен-циометр. Для предо-хранения потенциометра от случайного повреждения установлен выключатель B2. Холодный спай термопар помещен в сосуд с тающим льдом. Удельный тепловой поток измеряется с помощью градиентного датчика теплового потока, выполненного из оргстекла с λд=0,184 Вт/(м • град) и толщиной
δд=15± 0,5 им.
Порядок проведения, измерений
1. Ознакомиться с описанием экспериментального участка и из мерительными приборами. Заполнить сосуд Дьюара льдом и залить холодной водой. Установить в сосуд Дьюара гипертермопару холодного спая и жидкостный термометр. После установления температуры в сосуде с тающим льдом., приступить к измерениям (правильность подготовительных операций проверяется преподавателем или лаборантом).
2. Переключатель B2 установить в полоне кие "вкл". Переключатель ПТ-в положение "О". Ручкой " 
" на потенциометре установить стрелку потен-цииометра на ноль. Установить переключатель В1 в положение "+". Последовательно, с помощью перекючателя ПТ, подключая термопаруτд(положен."1"), термопару τв (положен. "2") и термопару τв (положен. "3") произвести измерение температур. Показания потенциометра занести в протокол. Измерить температуру внутреннего tв и наружного tн воздуха.
3. Обработать рзультаты измерения.Вычислить теплотехнические характеристики оконного проема. Оформить отчет.
Обработка результатов эксперимента
Плотность теплового потока
q=λд (τд-τв)/δд. Вт/м2
Относитедьная погрешность вычисления q
Δq/q=(Δτд+Δτв)(τд-τв)+Δδд/δд.
Термическое сопротивление воздушной прослойки
м2 х град/Вт.
м2 х град/Вт.
| Rλвп/Rλвп=(Δτв+Δτн)/(Δτв+Δτн)+ Δq/q+2Δδc/δc Δλвп/λвп=Δδвп/δвп+ ΔRλвп/Rλвп |
Относительная погрешность вычисления Rλвп
Коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности
αв=q/(tв-τв),Вт/м2 х град
Относительная погрешностьвычисления αв
Δαв/αв= Δq/q +(Δtв+Δτв)/(tв-τв).
Коэффициент теплоотдачи на наружнойповерхности
αн=q/(τн-tн), Вт/(м2 град).
Относительная погрешность вычисления αн
Δαн/αн=Δq/q+(Δtн+Δτн)/(tн-τн).
Термическое сопротивление теплопередачи
Rо=1/αв +δc/λc+ Rλвп +δс/λc+1/αв,Вт/(м2 • град).
Относительная погрешность вычисления Rо:
ΔRо/Rо=Δαв/αв +2Δδc/λc+ ΔRλвп / Rλвп + Δαн/αн
Коэффициент теплопередачи
k=1/Rо,Вт/(м2 • град).
Потери теплоты через оконный проем
Q=qFокна
Относительная погрешностьвычисления Q
|
|
|
Δ Q/Q=Δq/q +ΔFокна/Fокна.
Содержание отчета
1. Краткое описание работы.
2. Схема рабочего участка, тип приборов и датчиков.
3. Протокол проведения измерений.
4. Результаты обработки измерений.
5. Выводы.
Протокол исследования
| X пп | Характеристика | Обо- зна- чен. | Зна- чен. | Ед. изм. | Погреи-ность | |
| I. 2. | Толщина стекла | δc | м | а | ||
| Толщина воздушной прослойки | δвп | м | б <в эе | |||
| 3. | Коэффициент датчика | Kд | 0,7033 | м | с о | |
| 4. | Коэффициент теплопроводности Стекла | λc | Вт/ м* град | |||
| 5. | Коэффициент теплопроводности датчика | λд | Вт/ М* град | лю т | ||
| 6. | Температура наружного воздуха | tн. | °C | т н а я | ||
| 7. | Температура внутреннего воздуха | tв. | °C | |||
| 8. | Температура датчика | τд | °C | |||
| 9. | Температура внутренней поверхн. | τв | °C | |||
| 10. | Температура наружной поверхн. | τн | °C | |||
| II. | Площадь окна | Fокна | м2 | |||
| 12. | Плотность теплового потока | q | Вт/м2 | От Но | ||
| 13. | Термическое сопротивление воз-душной прослойки | Rλвп | м2•град град | |||
| Вт | но си те ль на я | |||||
| 14. | Коэффициент теплопроводности воздушной прослойки | λ вп | Вт / м • град | |||
| 15. | Коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности | αв | Вт/ м • град | |||
| 16. | Коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности | αн | Вт | |||
| м2 град | ||||||
| 17. | Термическое сопротивление теплопередаче | Rо | м2 град | |||
| Вт | ||||||
| 18. | Коэффициент теплопередачи | k | Вт | |||
| m2 град | ||||||
| 19. | Теплопотери через окно | Q | Вт |
Методика моделирования стационарных температурных полей на электропро- водной бумаге
Электрические модели из электропроводной бумаге отличаются про-стотой изготовления и эксплуатации, низкой стоимостью оборудования. Кроме того при решении плоских задач стационарной: теплопроводности в прямоугольной системе координат модели из электропроводной бумаги, позволяют точно отразить геометрию конструкции и задать граничные условия (рис.18, 19).
|
|
|
Исходя из задачи исследования, выбирают сечение конструкции и в назначенном масштабе вырезают модель. Граничные условия третьего рода задаются в виде дискретных сопротивлений или "гребенки", вы-полненной заодно с моделью (полоски из электропроводной бумаги рассчитанной длины и ширины). Сопротивления рассчитываются по формуле:
Rα= ρм (mеλ/ΔSэα)
где mе- геометрический масштаб модели; ρм - удельное сопротив-ление бумаги; λ - коэффициент теплопроводности материала кон-струкции;, α - коэффициент теплоотдачи; ΔSэ= m2ВSt. площадка электрической модели (ΔSт - тепловой схемы), на которые разби-вается сторона конструкции воспринимающая и отдающая тепло. Для увеличения точности ΔSэ необходимо выбирать как можно меньше.
Дискретные сопротивления Rα присоединяется к электри-ческой модели, а свободные концы сопротивлений соединяются. между собой и на них подается напряжение, соответствующее температуре среды, с которой происходит теплообмен. Если тем-пературы сред, действующих на разных поверхностях различны. то между собой соединяются свободные концы сопротивлений,при-соединенных только к "своей" поверхности, а напряжение, пода-ваемое с них, снимается с делителя в процентах от максимальной, принимаемой за 100%. При этом температура наиболее холодной среды принимается равной 0%.
Уравнение теплопроводности
(δ2t/δx2)+(δ2t/δy2)=0
Граничные условия
-λ δt/δy|г1=αн (t-tн),
-λ δt/δх|г2=αн (t-tн),
-λ δt/δy|г1=0, -λ δt/δх|г0=0
-λ δt/δх|г4=αв (tв-t),
-λ δt/δy|г5=αв (tв-t).
0%-электрический эквивалент
температуры tн.
Рис.18. Тепловая схема и мате- 100%-электрический
Матическая формулировка эквивалент температуры tв.
задачи Rα-электрические эквиваленты
термических сопротивлений 1/α
Rαн~1/αн
Rαв~1/αв
Рис.19. Электрический аналог расчетной области
и схеме его подключения к электрогенератору
ЭТДА-9/60
При задании граничных условии первого рода на поверхности с заданной температурой подается напряжение. Если это макси-мальная температура расчетной области, то ее считают равной 100% и соединяют клемму "100%"пульта управления АВМ с ши-ной, присоединенной к стороне модели, соответствующей нагре-ваемой поверхности конструкции. Если температура минимальная, то соответствующее ей напряжение принимает равный 0%. Если температура меньше максимальной (.или максимально ожидаемой, принятой за 100%;, но больше минимальной, то напряжение рас-считывается как
U =[T/(Tmax-Tmin)]· 100%
ч
Построение температурных полей (изотерм) производится в следующем порядке. Соответствующие токопроводящие винты соединяются с клеммами "0%" и "100%". Убедившись в отсут-ствии замыкания этих шин между собой или измерительной иг-лы ИИ с клеммой "100%", включаю АВМ. Лимб грубой и тонкой настройки (рис.17) устанавливают в положение "0" и проводят калибровку на 100% Затем калибруют прибор на 100%. После калибровки измеряется потенциалы в модели.
При измерении потенциала на модели лимб Л2 устанавли-вается в положении "0". Затем поворачивают лимб Л1 до момента, пока стрелка индикатора И2 не перейдет через ноль в правую часть шкалы. После этого лимб Л1 возвращает в предыдущее фиксированное положение и окончательное измерение производят лимбом Л2.
Для построения изотерм на лимбах Л и Л2 устанавливают необходимое значение потенциала и перемещая иглу ИИ по модели, находят точки, в которых отсутствует отклонение стрелки индикатора И2 от нулевого положения. Точки соединяют между собой.
Пересчет напряженийв температур осуществляется по формуле
T=Tmin+ (U-Umin)/(Umax-Umin) ·(Tmax-Tmin) (I)
Тепловой поток, проходящий через расчетную нагреваемую поверхность.
Q=αн/ml Σnn=4ΔSэп(tн-τн)
При вычислении теплового потока Q по формуле (2) производится
суммирование по числу площадок ΔSна рассматриваемой по-верхности (с одинаковым αн и tн).
Задание
1. Записать математическую модель теплопроводности заданной расчетной области.
2. Построить изотермы.
3. Вычислить теплопотери через расчетный участок ограждения.
4. Определить возможность выпадения конденсата на поверхности ограждения. Если конденсат образуется, то определить требуе-мую температуру воздуха внутри помещения.
5. Составить отчет по выполненной работе.
Проведение вычислений и обработка результатов
|
Расчет температурных полей производится на электроинтеграторе ЭГДА-9/60 в соответствии с вышеизложенной методикой на готовой модеди. На модели нанесена координатная сетка. Измерения производятся в узловых точках координатной сетки. Результаты записываются на копии модели, снятой в натуральную величину модели илв уменьшенном масштабе. Напряжения в температуру пересчитываются по формуле (I). Для построения изотерм соединяются точки с одинаковыми значениями температуры. Если изотерма проходит между узлами, то применя-ется линейная интерполяция. По формуле (2) вычисляются тепло-потери с наружной поверхности. Выпадение конденсата определяется из условия τв<tp, где tр температура точки росы, находится по id диаграмме при значении относительной влажности φ=60% (рис.20). Если влага конденсируется, то температура воздуха tp, увеличивается. Для этого используется делитеяь напряжения, контроль осуществляется по наименьшей температуре поверхности.
Рис.20.Схема определенияtp
Порядок проведения работы
1. Подключить модель. Клеммы 0% и IOO% на модели соединить с клеммами на пульте АЭМ.
2. Перевести в масштабе на лист бумаги координатную сетку, нанесенную на модели.
3. Проверив правильность соединения модели, гальванометра и иглы, а также убедившись в отсутствии замыкания клемм 0 % и 100% между собой, включить питание.
4. Замерить потенциалы в узлах сетки. Вычислить значения тем-ператур. Построить изотермы.
5. Вычислить теплопотери.
6. По id диаграмме определитьtр. Проверитьвозможность выпадения конденсата. Определить tв,обеспечивающую требуемая влажностный решим ограждения.
7. Оформить отчет.
Содержание отчета
1. Краткая методикарасчета.
2. Схема моделирующего устройства.
3. Значение потенциалов и температур в узлах координатной
сетки.
4.Температурное поле (изотермы). 5 Tеплопотери.
6. Анализ влажностного режима.
Список литературы для НИРС.УИРС иболее углубленного самостоятельного изучения
1. Коздоба Л.А.Электрическое моделирование явлений тепло- и массопереноса. - м.; Энергия, 1972. - 296 с.
2. Кузьмин М.П, Электрическое моделирование нестационарных процессов теплообмена. - М.: Энергия, 1974. - 416 с.
3. Мацевитый Ю.М, Электрическое моделирование нелинейных задач технической теплофизики. - Киев: Наукова думка, 1977.
| ºС | I | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 0. | 0,07 | 0,13 | 0,20 | 0,26 | 0,33 | 0,35 | 0,46 | 0,52 | 0,59 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 0,65 | 0,72 | 0,78. | 0,85 | 0,91 | 0,98 | 1,05 | 1,11. | 1,18 | 1,24 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1,31 | 1,38 | 1,44 | 1,51 | 1,57 | 1,64 | 1,70 | 1,77 | 1,84 | 1,91 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1,98 | 2,05 | 2,12 | 2,18 | 2,25 | 2,32 | 2,38 | 2,45 | 2,52 | 2,59 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2,66 | 2,73 | 2,80 | 2,87 | 2,94 | 3,07 | 3,14 | 3,21 | 3,28 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3,35 | 3,42 | 3,49 | 3,56 | 3,63 | 3,70 | 3,77 | 3,84 | 3,91 | 3,98 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4,05 | 4,12 | 4,19 | 4,26 | 4,33 | 4,41 | 4,48 | 4,55 | 4,62 | 4,69 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4,75 | 4,83 | 4,90 | 4,98 | 5,05 | 5,12 | 5,20 | 5,27 | 5,34 | 5,41 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 5,48 | 5,56 | 5,63 | 5,70 | 5,78 | 5,85 | 5,92 | 5,99 | 6,07 | 6,14 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 6,21 | 6,29 | 6,36 | 6,43 | 6,51 | 6,58 | 6,65 | 6,73 | 6,80 | 6,87 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 6,95 | 7,03 | 7,10 | 7,17 | 7,25 | 7,32 | 7,40 | 7,47 | 7,54 | 7.62 |
Градуировка хромель-копелевых термопар при температуре холод-
ного спая 0ºС (термо-Э.Д.С. мВ)
Приложение 1
Градуировка хромель-алюмелевых термопар при температуре
холодного спая при 0ºС (термо-Э.Д.С. мВ)
Приложение 2
| ,ºС | ||||||||||
| 0,01 | 0,08 | 0,12 | 0,16 | 0.20 | 0,24 | 0,28 | 0,32 | 0,36 | ||
| 0,40 | 0,44 | 0,48 | 0,52 | 0,56 | 0,60 | 0,64 | 0,68 | 0,72 | 0,76 | |
| 0,80 | 0,84 | 0,88 | 0,92 | 0,96 | 1,00 | 1,04 | 1,08 | 1,12 | 1,16 | |
| 1,20 | 1,24 | 1,28 | 1,32 | 1,36 | 1,41 | 1,45 | 1,49 | 1,53 | 1,57 | |
| 1,61 | 1,65 | 1,69 | 1,73 | 1,77 | 1,82 | 1,86 | 1,90 | 1,94 | 1,97 | |
| 2,02 | 2,06 | 2,10 | 2,14 | 2,18 | 2,23 | 2,27 | 2,31 | 2,35 | 2,39 | |
| 2,43 | 2,47 | 2,51 | 2,56 | 2,60 | 2,64 | 2,68 | 2,73 | 2,77 | 2,81 | |
| 2,85 | 2,89 | 2,93 | 2,97 | 3,01 | 3,06 | 3,10 | 3,14 | 3,18 | 3,22 | |
| 3,26 | 3,30 | 3,34 | 3,39 | 3,43 | 3,47 | 3,51 | 3,55 | 3,60 | 3,64 | |
| 3,68 | 3,72 | 3,76 | 3,81 | 3,85 | 3,89 | 3,93 | 3,97 | 4,02 | 4,06 | |
| 4,10 | 4,14 | 4,18 | 4,22 | 4,26 | 4,31 | 4,35 | 4,39 | 4,43 | 4,47 |
| Приложение 3 |
Градуировка медь-константановых термопар при температуре холодногоспая 0°С
УДК 697
Методические указания к лабораторным работам
По строительной физике. Часть I
Составитель: Е.В. Корепанов, ст.преп.
Методические указания содержат основные сведения о приборах
для измерения температур,описание лабораторных установок,
порядок проведения лабораторных работ, требования к оформлению результатов эксперимента,некоторые справочные материалы и ФОРТРАН-программы обработки результатов эксперимента по ряду лабораторных работ.
Целью методических указаний является освоение методов экспериментального и расчетного исследования теплотехнических
Характеристик наружных ограждений зданий.
Методические указания предназначены для студентов дневной,вечерней и заочной форм обучения по специальностям
1202,1205,1207.
Одобрено к изданию 31.03.88г. На заседании РИС ИМИ
План 1988г., п.76.
Ижевский механический иститут 2004
