РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

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

 

1. 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.

 

 

1. 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.

 

1. 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 .

 

1. 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).

 

1. 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.