Экспериментальная оценка теплоотдачи инфракрасного нагревательного элемента Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_

УДК 622.112

Аминов Д.М.

студент кафедры Промышленная теплоэнергетика

Хафизов Ф.М.

доцент кафедры Промышленная теплоэнергетика ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

г. Уфа, Российская Федерация

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ТЕПЛООТДАЧИ ИНФРАКРАСНОГО НАГРЕВАТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА

Аннотация

Проведена экспериментальная оценка излучательной способности пленочного обогревательного потолочного элемента. Определен суммарный коэффициент теплоотдачи, коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением. Проведено сравнение измеренных величин с расчетными значениями.

Ключевые слова инфракрасное отопление, степень черноты, нагревательный элемент

Среди известных способов использования энергосберегающих технологий при отоплении крупнообъемных помещений применение лучистого отопления, несомненно, является наиболее приоритетным и заслуживающим особого внимания [1, с.134]. По сравнению с традиционным тепловоздушным отоплением лучистая система требует значительно меньших затрат. Экономия достигается как за счет снижения общего потребления топлива, так и за счет более низких общих затрат на отопление [2, с.10].

Для проведения эксперимента использована карбоновая инфракрасная нагревательная пленка. Такой нагревательный элемент обеспечивает равномерность нагрева и очень низкую теплоемкость самого элемента. Нагревательная пленка генерирует тепло, которое ощущается как тепло солнечного света. Такой обогрев осуществляется за счет безопасных инфракрасных лучей дальнего спектра, генерируемых карбоновым нагревательным элементом.

Нагревательный элемент, в нашем случае, закрепленный в рамке, при подключении к электрической сети начинает нагреваться и прогревает окружающие поверхности, которые и служат источником тепла для данного помещения [3, с.399]. Перенос тепла может идти посредством следующих механизмов теплообмена: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Носителем теплового излучения являются электромагнитные волны, которые обладают свойством теплового излучения в пределах 0,4 ^ 800 мкм.

В действительных условиях работы нагревательного элемента мы имеем дело с явлением сложного теплообмена, т.к. от наружной поверхности нагревательного элемента теплота передается одновременно конвекцией и излучением:

В ходе эксперимента использовался прямоугольный нагревательный элемент размерами 59x21 см, на который подавался электрический ток из сети под напряжением и=230 В. Активное сопротивление элемента Я=663 Ом.

Элемент располагался вертикально, длинной стороной по горизонтали. Таким образом, определяющим размером в расчетах служила короткая сторона элемента (21 см). Площадь поверхности нагревательного элемента 8=0,124 м2. Потребляемая электрическая мощность Q=80 Вт. Степень черноты поверхности элемента равна 0,9. Температура в помещении, в котором проводился опыт 1;о=240С.

Условно разделив поверхность элемента на 3 ряда одинаковой ширины, были проведены точечные измерения температуры пирометром. Были получены следующие значения:

1 ряд - Ър=48 оС,

2 ряд - Ър=54 оС,

3 ряд - Ъ;р=56 оС.

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_

Средняя температура по поверхности принята как среднее арифметическое: tcx=52,7 оС. Более удобно и точно для снятия температурного поля в нашем случае будет использование тепловизионной камеры. Время выхода на стационарный режим - примерно две минуты.

По результатам измерения температур было определено значение суммарного коэффициента теплоотдачи:

Q Q 80 Вт Вт

а = ТГТГ" = -г = „ „ „пл , „„„—гтттг = 11,24

О Г* Л 1Р f i- i- л О Г\ Л Л - - / /Г 1 П ПЛ О Л О г*\ '

28Д1 280^ — ^) 2 • 0,124 м2 • (52,7 °С - 24 °С) ' м2 • К Теоретическое значение коэффициента теплоотдачи излучением определено по формуле Стефана-Больцмана:

_ д _ £'С0-[(Тст/100)4-(То/100)4]

Я

к= —

At ДТ

где Со - постоянная излучения абсолютно черного тела (со = 5,67^ 10-8, Вт/м2К4) г — степень черноты излучающей поверхности (г « 0,9) Подставив все известные значения, получим окончательное уравнение:

q 0,9 ■ 5,67

^изл= ~ = '

(325,7/ \_(297/ ) ( /100) ( /100)

____ 6 17 Вт/ .

(52,7 — 24) 6,17 'м2 • К'

Исходя из уравнения к _ кизл +ккон, получено опытное значение коэффициента теплоотдачи

конвекцией:

Кконв_ к — Кизл= 11,24 - 6,17 = 5,07 Вт/м2 • К .

Для сравнения вычислено теоретическое значение коэффициента теплоотдачи конвекцией:

_ Ш-А ккон_ й .

В случае поставленного эксперимента, число Нуссельта вычислено по уравнению для вертикальных плит, греющих с обеих сторон:

^ _ с • ^г • Рг)п, где с = 0,135; п = 0,33 Рг - число Прандтля, Рг _ 0,7.

Gг - число Грасгофа, вычислено по формуле: Gr _ ,

V 'тт

Т/Т* ^ст"

,, т - средняя температура пограничного слоя (1т _ —-Тогда, Gr примет вид:

_ д ■ /3 ■ ДГ _ 9,81 ■ 0,213 ■ (Гст - 24)

Gr= 2"Tm = (16,8 • 10-6)2 • im

v2 • Tm (16,8- 10-6)2 -T,

Nu окончательно запишем в виде:

-,0,33

_„„r 9,810,213(52,7-24)

Nu = 0,135 ■ --,-' 52 7+24

(16,8^10-6)2^52'72+24

Nu-A 35,08^0,027 . .... RT ,

Тогда, ккон= —- = —-:— = 4,51 Вт/ 2 w ;

M ' кон d 0,21 ' ' M2 • К '

Получаем значения: аКпы'т = 5,07 Вт/м2 . К и аК0НР = 4,51 Вт/м2 . К.

0,7

= 35,08

fU ?

о

о 4 ^ ,—. с

Ё! 3

* 2 s

m 1

о 1

расчет

измерение

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070

Как видно, измеренные и рассчитанные значения коэффициента конвективной теплоотдачи близки. Отличие находится в пределах 10%.

Список использованной литературы

1. Смородова О.В., Костарева С.Н., Колоколова Е.А. Энергетическая эффективность систем энергообеспечения объектов нефтегазовой отрасли//Нефтегазовое дело, 2014.-№12-4.-С.134-138.

2. Байков И.Р., Смородова О.В. Перспективы энергосбережения при эксплуатации промысловых объектов добычи нефти и газа//Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья, 2009.-№6.-С.10-12.

3. Хафизов Ф.М., Аминов Д.М. Изучение свойств слаботочного перфорированного нагревательного элемента «Карбонтек»//В сборнике: Трубопроводный транспорт-2015 Материалы X международной учебно-научно-практической конференции.-Уфа:УГНТУ, 2015. - С.399-401.

© Аминов Д.М., 2016.

УДК 621.186.3

Д.К.Арсланов

магистр 1 курс кафедры Промышленная теплоэнергетика ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

г. Уфа, российская Федерация

ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ ПРОЕКТИРУЕМОГО МИКРОРАЙОНА

Аннотация

В целях обеспечения развития города предложено выполнить реконструкцию существующего источника, который пристроен к котельной, с переводом на независимую котельную.

Ключевые слова

котельная, тепловая сеть, котлоагрегат, деаэратор

В Кировском районе города Уфы участок земли, ограниченный улицами Мингажева, Чернышевского, Айской и Проспектом Салавата Юлаева, планом развития города определен под застройку нового микрорайона Йондоз. Одним из основных вопросов при этом является выбор способа теплоснабжения [1 с.228, 2 с.77].

Увеличение тепловой нагрузки примыкающих зон перспективной застройки города приведено на рисунке 1.

200

150

К 100

пз ей о

50

■

2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028

Год

Рисунок 1 - Увеличение тепловой нагрузки примыкающих зон перспективной застройки города