Определение зависимости воспринимаемого тепла от расхода
приложение к лабораторной работе по курсу
«нетрадиционные и возобновляемые источники энергии»
Составители: Ярцев А.
Зубков Е.
Романов – Соколов П.
Группа: ТЭ-10-1
Липецк 2012
- Задание
Поставлена задача определить количество тепла, воспринимаемого рабочим телом при разном его расходе при заданной плотности солнечного излучения.
К лабораторной установке предъявлены следующие требования:
· Безопасность проведения эксперимента;
- Время проведения опыта порядка 5-10 минут;
- Достижение значения плотности солнечного излучения в пределах от 100
до 500 Вт/м^2;
· Нагрев рабочего тела на 20-25 °C.
- Реализация проекта
Для реализации проекта была усовершенствована лабораторная установка для измерения плотности потока солнечного излучения, помещением в нее остекленного солнечного коллектора, а также наличием бака-накопителя и сливного бака с необходимой системой трубопроводов.
- Оценка времени проведения опыта
При оценке времени проведения опыта были учтены потери на теплопередачу через остекление, теплопередачу через изоляцию и потери на излучение.
При 
:
| delta t | tвод | tпов | время | q(Костекл) | q(К) |
| 21,04421 | 0,74431 | 0,469892 | |||
| 0,033119 | 20,03312 | 22,03312 | 1,449207 | 0,914904 | |
| 0,969266 | 20,96927 | 22,96927 | 2,116493 | 1,33617 | |
| 1,855099 | 21,8551 | 23,8551 | 2,747914 | 1,734794 | |
| 2,692993 | 22,69299 | 24,69299 | 3,345166 | 2,111847 | |
| 3,48525 | 23,48525 | 25,48525 | 3,909886 | 2,468362 | |
| 4,234088 | 24,23409 | 26,23409 | 4,443658 | 2,80534 | |
| 4,94165 | 24,94165 | 26,94165 | 4,948008 | 3,123742 | |
| 5,609997 | 25,61 | 27,61 | 5,424406 | 3,424499 | |
| 6,24111 | 26,24111 | 28,24111 | 5,874263 | 3,7085 |
| qизл | qпот | qпол | V(м^3/c) | Δt | V(m^3/min) |
| 87,4 | #ДЕЛ/0! | 1,044205 | #ДЕЛ/0! | ||
| 3,413718 | 4,62792 | 82,77208 | #ДЕЛ/0! | 0,988914 | #ДЕЛ/0! |
| 6,680382 | 9,044493 | 78,35551 | 2,99E-05 | 0,936147 | 0,00179307 |
| 9,803158 | 13,25582 | 74,14418 | 9,66E-07 | 0,885832 | 5,7975E-05 |
| 12,78551 | 17,26822 | 70,13178 | 4,78E-07 | 0,837895 | 2,8652E-05 |
| 15,63114 | 21,08816 | 66,31184 | 3,11E-07 | 0,792256 | 1,8662E-05 |
| 18,34397 | 24,72222 | 62,67778 | 2,27E-07 | 0,748838 | 1,363E-05 |
| 20,92807 | 28,17707 | 59,22293 | 1,77E-07 | 0,707562 | 1,0601E-05 |
| 23,38762 | 31,45937 | 55,94063 | 1,43E-07 | 0,668347 | 8,5795E-06 |
| 25,7269 | 34,5758 | 52,8242 | 1,19E-07 | 0,631114 | 7,1364E-06 |
| 27,95022 | 37,53298 | 49,86702 | 1,01E-07 | 0,595783 | 6,0556E-06 |
При 
:
| delta t | tвод | tпов | время | q(Костекл) | q(К) |
| 1,132616 | 21,13262 | 23,13262 | 2,232929 | 1,409677 | |
| 6,186455 | 26,18646 | 28,18646 | 5,835305 | 3,683905 | |
| 10,96213 | 30,96213 | 32,96213 | 9,239403 | 5,832957 | |
| 15,46508 | 35,46508 | 37,46508 | 12,44911 | 7,859286 | |
| 19,70183 | 39,70183 | 41,70183 | 15,46907 | 9,765826 | |
| 23,67986 | 43,67986 | 45,67986 | 18,30461 | 11,55594 | |
| 27,40747 | 47,40747 | 49,40747 | 20,96164 | 13,23336 | |
| 30,89366 | 50,89366 | 52,89366 | 23,4466 | 14,80215 | |
| 34,14802 | 54,14802 | 56,14802 | 25,76631 | 16,26661 | |
| 37,18058 | 57,18058 | 59,18058 | 27,92792 | 17,63126 | |
| qизл | qпот | qпол | V(м^3/c) | Δt | V(m^3/min) |
| 262,2 | #ДЕЛ/0! | 3,132616 | #ДЕЛ/0! | ||
| 10,3511 | 13,99371 | 423,0063 | 4,72E-06 | 5,053839 | 0,00028306 |
| 27,75712 | 37,27633 | 399,7237 | 8,16E-07 | 4,775671 | 4,897E-05 |
| 45,03038 | 60,10274 | 376,8973 | 4,34E-07 | 4,502954 | 2,6058E-05 |
| 62,07526 | 82,38366 | 354,6163 | 2,9E-07 | 4,236754 | 1,7379E-05 |
| 78,80423 | 104,0391 | 332,9609 | 2,13E-07 | 3,978027 | 1,2808E-05 |
| 95,13886 | 124,9994 | 312,0006 | 1,66E-07 | 3,727606 | 9,9859E-06 |
| 111,0106 | 145,2056 | 291,7944 | 1,34E-07 | 3,486194 | 8,0689E-06 |
| 126,3611 | 164,6098 | 272,3902 | 1,11E-07 | 3,254363 | 6,6824E-06 |
| 141,1423 | 183,1753 | 253,8247 | 9,39E-08 | 3,032554 | 5,6335E-06 |
| 155,3165 | 200,8757 | 236,1243 | 8,02E-08 | 2,821079 | 4,8132E-06 |
При 
:
| delta t | tвод | tпов | время | q(Костекл) | q(К) |
| 3,221027 | 23,22103 | 25,22103 | 3,721548 | 2,349462 | |
| 8,161197 | 28,1612 | 30,1612 | 7,242901 | 4,572539 | |
| 12,82528 | 32,82528 | 34,82528 | 10,56746 | 6,671376 | |
| 17,21917 | 37,21917 | 39,21917 | 13,69943 | 8,648627 | |
| 21,34979 | 41,34979 | 43,34979 | 16,64373 | 10,50741 | |
| 25,22497 | 45,22497 | 47,22497 | 19,40596 | 12,25124 | |
| 28,85331 | 48,85331 | 50,85331 | 21,99224 | 13,88399 | |
| 32,24408 | 52,24408 | 54,24408 | 24,40918 | 15,40983 | |
| 35,40704 | 55,40704 | 57,40704 | 26,66374 | 16,83317 | |
| 38,35236 | 58,35236 | 60,35236 | 28,76316 | 18,15856 |
| qизл | qпот | qпол | V(м^3/c) | Δt | V(m^3/min) |
| #ДЕЛ/0! | 5,221027 | #ДЕЛ/0! | |||
| 17,43682 | 23,50783 | 413,4922 | 1,62E-06 | 4,940169 | 9,7293E-05 |
| 34,80087 | 46,6163 | 390,3837 | 6,04E-07 | 4,664082 | 3,6253E-05 |
| 51,99238 | 69,23122 | 367,7688 | 3,62E-07 | 4,393892 | 2,1733E-05 |
| 68,9189 | 91,26695 | 345,733 | 2,54E-07 | 4,130622 | 1,5217E-05 |
| 85,49647 | 112,6476 | 324,3524 | 1,92E-07 | 3,875178 | 1,1514E-05 |
| 101,6506 | 133,3078 | 303,6922 | 1,52E-07 | 3,628342 | 9,1246E-06 |
| 117,3169 | 153,1931 | 283,8069 | 1,24E-07 | 3,390763 | 7,4548E-06 |
| 132,4412 | 172,2602 | 264,7398 | 1,04E-07 | 3,162961 | 6,2227E-06 |
| 146,9796 | 190,4765 | 246,5235 | 8,79E-08 | 2,945322 | 5,2769E-06 |
| 160,8984 | 207,8202 | 229,1798 | 7,55E-08 | 2,738111 | 4,5289E-06 |
Таким образом, при значении плотности солнечного излучения 
время проведения опыта составит порядка 6 минут; расход рабочего тела при этом составит порядка 
.
- Описание установки
Рис. 1. Схема установки. Вид сбоку.
Рис. 2. Схема установки. Вид спереди.
Рис. 3. Схема солнечного коллектора. 1 – закопченное стекло, толщиной 
=3мм; 2 – воздушная прослойка, толщиной =30 мм и коэффициентом теплопроводности 
=0,025 Вт/(м^2*K); 3 – стекло, толщиной =3 мм; 4 – алюминиевая труба, толщиной =10 мм;
5 – изоляция из пенопласта, толщиной =100 мм и коэффициентом теплопроводности
=0,05 Вт/(м^2*K).
- Отражатель
1) Для изготовления отражателя необходима алюминиевая пластина размерами: длина 1000мм, ширина 132мм, толщина 3мм. Форма отражателя в виде цилиндрической параболы придается путем изгиба данной пластины. Для получения поверхности с высоким коэффициентом отражения пластина полируется. Выбор формы и материала для изготовления отражателя обусловлен следующими факторами:
- необходимостью получения параллельного пучка света;
- Цилиндрической формой источника излучения;
- Трудностью изготовления отражателя, имеющего форму цилиндрического параболоида;
- Податливость алюминия изгибу.
2) В верхней и нижней части отражателя с обеих сторон сверлятся отверстия диаметром 8мм для ликвидации конвекционных потоков, которые способствуют дополнительному нагреву датчика. Площадь отверстий составляет 10% от площади поверхности отражателя.
3) Далее передняя и задняя часть отражателя закрываются двумя одинаковыми, прямоугольными, отполированными алюминиевыми пластинами размерами: длина 440мм, ширина 400мм, толщина 3мм. Пластины обрезаются по контуру передней и задней поверхности отражателя и приклеиваются к основной поверхности отражателя.
4) Для установки источника света на высоте 295мм необходимо просверлить отверстия в боковых стенках диаметром 20мм. В отверстия устанавливаются патроны, в которые вкручивается лампа металогалогенная линейная UNIEL MH-DE-150/4200 R7s мощностью 150 Вт, длиной 132 мм. Центр лампы расположен в фокусе цилиндрического параболоида для отражения всех лучей на основание. Мощность лампочки контролируется установленным снаружи тиристорным регулятором мощности серии Relay S(CD3000S).
B. Основание установки
1) В качестве основания установки используется древесно-стружечная плита размерами: длина 132мм, ширина 400мм, толщина 20мм.
2) В основание помещается пенопластовая теплоизоляция толщиной 100 мм. Это позволит снизить потери от теплопередачи.
3) Далее на основание устанавливается остекленный солнечный коллектор. Коллектор имеет прямоугольную форму, необходимую для оптимального восприятия тепла. Размеры коллектора: длина 132мм, ширина 400мм.
a) Верхнее стекло коллектора с его нижней части было закопчено с целью уменьшения потерь в окружающую среду;
b) Между стеклами расположена воздушная прослойка для ликвидации потерь через теплоотдачу;
c) Под нижним стеклом располагается прямоугольная алюминиевая труба толщиной =2 мм. Выбор материала трубы продиктован хорошей теплопроводностью алюминия, что позволит нам измерять температуру только в одной точке, так как показания по всей поверхности не будут значительно отличаться. Для измерения температуры на трубе устанавливается термопара ТХК (дТПL045-0100-120).
4) Далее на нижнюю поверхность основания приклеиваются ножки.
5) Перед выполнением лабораторной работы отражатель устанавливается на основание.
