ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА ИСТОЧНИКИ...

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Е. А. Цынаева А. А. Цынаева

ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА ●

ИСТОЧНИКИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Сборник учебно-исследовательских лабораторных работ

Ульяновск УлГТУ

2014

УДК 697.34 (076) ББК 31.38 я 7 Ц95

Рецензент главный инженер МУП ЖКХ «Быт-Сервис» Петров А. И. Одобрено секцией методических пособий научно-методического совета Ульяновского государственного технического университета. Цынаева, Е. А.

Ц95 Промышленная теплоэнергетика. Источники теплоснабжения: сборник учебно-исследовательских лабораторных работ / Е.А. Цынаева, А.А. Цынаева. – Ульяновск : УлГТУ, 2014. – 26 с.

Методические указания по проведению учебно-исследовательских лабораторных работ по дисциплине «Источники и системы теплоснабжения» предназначены для студентов направления 14010062 «Теплоэнергетика и теплотехника» (профиль «Промышленная теплоэнергетика»). Представлена методика выполнения учебно-исследовательских лабораторных работ. Даны контрольные вопросы к защите работ.

Работа подготовлена на кафедре «Теплоэнергетика».

УДК 697.34 (076) ББК 31.38 я 7

© Цынаева Е. А., Цынаева А.А., 2014 ©Оформление. УлГТУ, 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………. 4 ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ .……………………………………………….

5

УСЛОВИЯ УСПЕШНОЙ ЗАЩИТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ……… 7 1. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1. Исследование структуры тепловых потерь теплогенератора………………………………. .………...………...

8

Контрольные вопросы 11 2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2. Исследование тепловизора при использовании его применительно к задачам теплоснабжения……. …..

12

Контрольные вопросы.………………………………………………. …… 19 3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 Определение тепловых потерь через ограждения теплотехнического оборудования (термической сушилки) .…………………. .…………………. .…………………. …….

20

Контрольные вопросы.…………………………………………………….. 22 4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4 Определение теплопоступлений в помещение от людей………………………………………….…………….

23

Контрольные вопросы.………………………………………………. …… 25 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……………………………………... 26

3

ВВЕДЕНИЕ Цель изучения дисциплины «Источники и системы теплоснабжения»

– формирование у студентов, обучающихся по направлению 14010062 «Теплоэнергетика и теплотехника» (профиль «Промышленная теплоэнергетика»), глубоких знаний основных принципов конструирования и эксплуатации тепловых сетей и источников тепла для применения этих знаний при решении практических задач.

Изучение дисциплины служит целям формирования инженерной эрудиции, формирования необходимых компетенций по направлению 14010062 «Теплоэнергетика и теплотехника» (профиль «Промышленная теплоэнергетика»).

Студент должен в результате изучения дисциплины «Источники и системы теплоснабжения»:

– знать основные способы выработки, передачи и потребления тепловой энергии;

– знать способы планирования процесса эксплуатации, монтажно-наладочных работ по вводу в эксплуатацию теплотехнологического оборудования тепловых сетей;

– знать методы и способы проведения работ по техническому обслуживанию установленного основного и вспомогательного оборудования тепловых сетей;

– знать методы проведения технических расчетов систем теплоснабжения;

– уметь анализировать различные факторы, влияющие на работу источников тепла и систем теплоснабжения;

– уметь математически сформулировать конкретную задачу и выполнить ее решение путем физического или математического моделирования;

– уметь выполнять гидравлический и тепловой расчет системы теплоснабжения.

Учебно-исследовательские лабораторные работы проводятся после изучения теоретической части курса и способствуют не только закреплению и углублению знаний по теплоснабжению, но и прививают практические навыки научного исследования, обращения с различной измерительной аппаратурой и техникой. Учебно-исследовательские лабораторные работы выполняются в присутствии преподавателя только после изучения правил техники безопасности.

Для облегчения подготовки к выполнению учебно-исследовательских лабораторных работ, а также к защите отчета перед преподавателем служат контрольные вопросы, приведенные в конце описания работы.

4

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Общие положения До выполнения лабораторных работ могут быть допущены студенты,

которые прошли инструктаж по охране труда и технике безопасности. Для успешного выполнения лабораторных работ каждый студент

должен: 1. Выполнять общую последовательность проведения лабораторных

работ: - Ознакомиться с основными сведениями и расчетными

формулами лабораторной работы, ее целью и методикой выполнения лабораторной работы, а также схему и принципы работы экспериментальной установки.

- Только после разрешения от преподавателя или лаборанта можно начинать выполнение лабораторной работы.

- Выключать экспериментальную установку после проведения эксперимента по лабораторной работе с разрешения преподавателя, отключить от сети.

- Рабочее место содержать в порядке, по окончании работы сделать и представить отчет по работе. Покидать аудиторию только с разрешения преподавателя.

2. Выполнять требования преподавателя, ведущего занятие, и лаборанта.

3. При обнаружении поломки или незначительной неисправности экспериментальной установки необходимо сообщить об этом лаборанту или преподавателю.

При невыполнении инструкций противопожарной безопасности и техники безопасности, а также правил, установленных в данном руководстве, студенты незамедлительно удаляются из лабораторий во избежание несчастных случаев.

Меры противопожарной безопасности 1. Лабораторные аудитории, установки для проведения

экспериментов, средства контроля и измерения, приборы требуют аккуратности.

2. Следует поддерживать в исправности экспериментальные установки, приборы, средства измерения и контроля при безопасном расположении электрических шнуров, кабелей. Об обнаруженных неисправностях экспериментальных установок, приборов, средств измерения и контроля необходимо сообщать преподавателю или лаборанту.

3. В лабораторных аудиториях строго воспрещается:

5

- использовать открытый огонь, курить; - загромождать проходы портфелями, одеждой, предметами

мебели, и пр.; - приносить с собой в лабораторию пожароопасные и

взрывоопасные вещества, материалы; - применять электрические нагревательные приборы

(электрочайники, электроплиты, обогреватели и т. д.), если они не являются частью экспериментальной установки;

- использовать провода и кабели, если их изоляция имеет повреждения, неисправные электроустановки и оборудование;

- использовать в работе неисправные рубильники, розетки и др. электроустановки и оборудование;

- пользоваться электрическими установками и приборами в условиях, не отвечающих техническим условиям и инструкциям производителя;

- пользоваться неисправными электрическими установками и приборами.

4. После выполнения работы все экспериментальные установки, приборы и средства измерения должны быть отключены.

Что делать при поражении человека электрическим током

Человека, подвергшегося воздействию электрического тока,

необходимо освободить от электрического напряжения. Необходимо разомкнуть цепь с помощью выключателя, рубильника

или штепсельного разъема, вывернуть пробки или отключить выключатели на щитке. Если нет возможности быстро разомкнуть цепь электрического тока, оберните руку сухой материей, возьмитесь за одежду пострадавшего и уберите пострадавшего от кабеля. Или возьмите сухую палку и откиньте с ее помощью поврежденный кабель от пострадавшего.Затем вызовите скорую помощь. Если пострадавший находится в сознании, положите его на спину, а ноги пострадавшего оставьте на высоте 30 см.

Если пострадавший не приходит в сознание, то положите его спиной на твердую поверхность.

Обеспечьте приток воздуха, дайте понюхать нашатырный спирт, сбрызните водой, согревайте его тело.

При обширных поражениях нельзя использовать холодную воду, чтобы не ввести пострадавшего в шоковое состояние.

Если опасность больше не угрожает ни пострадавшему, ни спасающему, то не нужно переносить пострадавшего.

6

УСЛОВИЯ УСПЕШНОЙ ЗАЩИТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ После выполнения лабораторных работ студент должен подготовить

и представить к защите отчет. Для успешного выполнения лабораторных работ требуется

придерживаться следующего порядка: 1. Необходимо изучить требования техники безопасности. 2. Овладеть целями лабораторной работы. 3. Усвоить принципы работы экспериментальной установки, ее

устройство и методику проведения эксперимента, а также теоретические основы проведения эксперимента. Сделать эскиз установки с описанием и таблицу экспериментальных данных.

4. Ответить преподавателю на контрольные вопросы и получить допуск к лабораторной работе.

5. Провести экспериментальные исследования, заполнить таблицу экспериментальных данных. Представить преподавателю на проверку полученные результаты экспериментов.

6. Осуществить необходимую обработку экспериментальных данных, произвести расчеты, построить графики. Сделать выводы по работе.

7. Составить отчет о проведенной лабораторной работе на листах формата А4. Необходимо, чтобы отчет имел следующую форму:

– титульный лист; – цель работы, конспект основных сведений; – принципиальную схему экспериментальной установки и принципы

ее работы; – таблицу экспериментальных данных; – необходимые формулы, расчеты, графики; – выводы по работе с анализом полученных результатов. Объем отчета по работе составляет 5-10 страниц. 8. Подготовиться к защите работы, изучить и осмыслить

проведенную учебно-исследовательскую лабораторную работу. Ответить на контрольные вопросы. Показать преподавателю отчет по выполненной лабораторной работе.

Преподаватель проверяет работу, выполненную студентом. После этого проводится собеседование со студентом. Необходимо, чтобы студент хорошо владел материалом и мог пояснять представленные в работе решения, выводы и результаты. Если у преподавателя в ходе защиты работы возникли замечания, они отмечаются на титульном листе работы. Для успешной защиты работы необходимо устранить недоработки. Студент не может быть допущен к экзамену, если он не проделал и не защитил лабораторные работы, указанные в учебном плане.

7

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Исследование структуры тепловых потерь теплогенератора

Цель работы – исследование тепловых потерь теплогенератора и выявление влияния различных факторов на их величину.

Основные сведения и расчетные зависимости

Полезно использованное количество теплоты в паровом котле ,

определяется повышением энтальпии рабочего тела (воды, пара) при прохождении поверхностей нагрева:

( ) ( ) ( )nвK

npBTBT

K

BTnвnn

T

nn hhBD

hhBDhh

BDQ −′+′−′′+−=1 , (1)

где nnD , BTD – расход свежего и вторично-перегретого пара на турбину, кг/с; npD – расход продувочной воды из барабана котла с естественной или принудительной циркуляцией для поддержания заданного солевого режима в контурах циркуляции, кг/с; nnh , nвh , h′– энтальпия перегретого пара, питательной воды, поступающей в экономайзер котла, и воды на линии насыщения при давлении в барабане, кДж/кг; BTh ′′ , BTh′ – энтальпия вторично перегретого пара на выходе из промежуточного перегревателя и пара и входе в него, кДж/кг; KB – расход сжигаемого топлива, кг/с (для жидкого или твердого топлива) или м3/с (для газообразного топлива).

Располагаемое тепло сжигаемого топлива расходуется на полезно используемое тепло (используемое либо при работе турбины на КЭС, либо для подогрева сетевой воды на ТЭЦ) и на потери. Балансовое уравнение котлоагрегата можно записать следующим образом:

654321 QQQQQQQpp +++++= , (2)

где 2Q – теплота уходящих из котла продуктов сгорания; 3Q – от химической неполноты сгорания топлива; 4Q – от механической неполноты сгорания топлива (твердые несгоревшие частицы); 5Q – через ограждающие конструкции котла (тепловую изоляцию); 6Q – с физической теплотой удаляемого из топки шлака.

Удельные затраты тепла (отнесенные к полному количеству тепла, выделившемуся в топке) определяется по выражению

pp

ii Q

Qq = . (3)

8

Соответственно уравнение теплового баланса может быть записано в виде:

6543211 qqqqqq +++++= . (4) Полнота передачи располагаемой теплоты топлива в котле к рабочей

среде определяется коэффициентом полезного действия (КПД) котла брутто:

%1001 ⋅= pp

K QQη . (5)

Экспериментальная установка

Схема экспериментальной установки представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 – электрический котел;

2 – выключатель; 3 – регулятор электрической нагрузки; 4 – датчик температуры; 5 – смотровое окно

Методика проведения эксперимента

Методика проведения эксперимента основывается на применении

законов термодинамики и теплопередачи (первое и второе начало термодинамики, закон Ньютона-Рихмана и т.д.). По показаниям датчиков измеряется температура рабочего тела до начала и после окончания нагрева, определяется полезно используемое тепло.

По величине электрической нагрузки определяется величина затраченной энергии. По измеренной температуре поверхности ограждающих конструкций электрического котла и температуре окружающей среды определяются потери в окружающую среду.

9

Обработка результатов измерений Производится замер температуры рабочего тела до начала процесса

нагрева. Включается электрический котел (величина нагрузки регулируется). Включается таймер, фиксирующий время начала и окончания процесса. Производится замер силы тока и напряжения, подаваемого к установке, для определения располагаемой мощности. Измеряется температура окружающей среды и температура ограждающих конструкций установки в конце процесса.

Отсчеты повторяются пять раз бригадами студентов по 2-6 человек, результаты измерений заносятся в таблицу 1.

Таблица 1

№ пп

Температура рабочего тела

Электрические замеры

Температуры /окружающей

среды и ограждающих конструкций

Время проведения

эксперимента

1t ,о С 2t ,

о С U , В I, А PPQ , Вт

oct , о С CTt ,

о С

τ , с

По окончании эксперимента вычисляются средние значения

измеренных величин. Полезно использованная тепловая энергия определяется по формуле

τ)( 12 ttcVQ V −⋅⋅= , (6)

где V – объем камеры нагрева электрического котла; м3; Vc – объемная теплоемкость рабочего тела, кДж/ м3; 1нt – температура начала процесса до подогрева рабочего тела, К; шкt – температура окончания процесса подогрева рабочего тела, К; τ – время реализации процесса, с.

Подведенная мощность нагревателя (определяется либо по показаниям амперметра и вольтметра, либо по паспорту электрического котла):

τττ

τRIRdIQPP

22

1

2∫ == , (7)

где τ – время; I – сила тока, А; R – сопротивление, Ом.

10

Тепловые потери в окружающую среду определяются по закону Ньютона-Рихмана:

( )OCCTCTCT ttFQ −⋅⋅= α , (8) где CTα – коэффициент теплоотдачи от стенки котла к окружающей

среде, Вт/(м2.К); CTF – площадь наружных поверхностей котла, м2;

CTt – температура поверхности ограждающих конструкций котла, К; OCt – температура окружающей котел среды (воздух), К.

Далее составляется тепловой баланс и по результатам расчета определяется значимость каждой из потерь тепла в балансовом уравнении.

Контрольные вопросы

1. В чем состоит различие PНQ и PPQ ?

2. Какие преимущества имеет определение КПД по обратному балансу?

3. В чем состоит различие КПД котла брутто и нетто? 4. Какие факторы определяют оптимальное значение температуры

уходящих газов? 5. В чем состоит различие тепловых потерь котла со шлако-

удалением и при сжигании газа? 6. Как изменяется КПД котла с уменьшением его нагрузки? 7. При сжигании какого вида топлива потеря 4q становится доста-

точно большой и почему? 8. Как зависит потеря тепла 3q от избытка воздуха в топке? 9. Какими методами достигается уменьшение размеров конвек-

тивных поверхностей нагрева? 10. В чем различие в методике распределения тепловосприятии по

поверхностям в барабанных и прямоточных котлах? 11. Как определяют правильность распределения тепловосприятии

между поверхностями нагрева? 12. Что включает в себя тепловая схема котельной? 13. Какое оборудование является вспомогательным для котла? 14. Что такое арматура и гарнитура котла? 15. Чем отличается котельный агрегат и котел?

11


Исследование тепловизора при использовании его применительно к задачам теплоснабжения

Цель работы – изучение возможностей тепловизионного

оборудования применительно к задачам теплоснабжения.


Тепловизионная съемка различных промышленных объектов позволяет проводить исследования теплового состояния их поверхностей и определять структуру теплопотерь промышленных объектов, теплогенераторов, зданий и сооружений.

На рис. 2 показан тепловизор testo-875 и его основные части.

Рис. 2. Тепловизор testo-875 и его основные части: 1 – дисплей; 2 – кнопки управления; 3 – кнопка фиксации крепления аккумулятора тепловизора; 4 – место крепления

переходника для штатива; 5 – правый интерфейсный отсек, 6 – объектив цифровой камеры, 7 – объектив инфракрасной камеры, 8 – кольцо фокусировки,

9 – кольцо фиксации объектива, 10 – триггер для записи изображений, 11 – левый интерфейсный отсек, 12 – LED индикатор состояния

12

На рис. 3 показаны характеристики и функции кнопок управления тепловизора testo-875.

Рис. 3. Характеристики и функции кнопок управления тепловизора testo-875

Правый интерфейсный отсек 5 тепловизора testo-875 не используется. Объектив цифровой камеры 6 служит для записи цифровых изображений. Объектив инфракрасной камеры 7 служит для создания инфракрасных изображений объектов.

Левый интерфейсный отсек 11 содержит: слот карты памяти, гнездо подключения блока питания, место для установки аккумулятора.

LED индикатор состояния служит для отображения состояния блока питания. Если LED индикатор находится в положении «отключен», то блок питания не подключен. Если LED индикатор мигает, то блок питания подключен, и аккумулятор заряжается. Если LED индикатор горит, то блок питания подключен, а зарядка аккумулятора завершена.

При подключении блока питания тепловизор автоматически запитывается от блока питания, и выполняется подзарядка аккумулятора.

Подзарядка аккумулятора может осуществляться при температуре окружающей среды от 0 до 45 оС. Подзарядка аккумулятора может осуществляться от настольного зарядного устройства.

Изображения объектов сохраняются в формате ХХ_.YYYYY.ZZZ. ХХ: IR – для инфракрасного изображения без приложения реального

изображения, IV – для инфракрасного изображения с приложенным реальным изображением, VI – для реального изображения.

YYYYY: 5-значный последовательный номер. ZZZ: расширение файла. Bmt – для инфракрасных изображений с

приложением реального изображения или без него, bmp – для реального изображения.

13

Установка базовых настроек тепловизора осуществляется в такой последовательности:

1. Включить тепловизор кнопкой . – На дисплее появится стартовый экран.

2. Открыть диалог «Региональные настройки» (country setting)

Выбор языка тепловизора «Language» и единиц измерения температуры «unit»

1. Перевести Джойстик вверх-вниз для выбора необходимого параметра – выбранный параметр будет выделен оранжевой границей.

2. Подтвердить выбор параметра нажатием клавиши .

3. Выбранная настройка выделяется оранжевым фоном. Стрелки указывают на возможность изменения параметров.

4. Перевести Джойстик вверх-вниз для изменения настроек. 5. Подтвердить ввод нажатием клавиши . 6. Подтвердите настройки нажатием «Применить» (Apply).

7. Выключить тепловизор кнопкой .

Первая подзарядка аккумулятора На рис. 4 показано левый интерфейсный отсек с гнездом

подключения блока питания аккумулятора.

Рис. 4. Левый интерфейсный отсек с гнездом подключения блока питания аккумулятора: 1 – крышка; 2 – блок питания к сети

Перед использованием тепловизора необходимо полностью зарядить

аккумулятор. Первая подзарядка аккумулятора осуществляется в такой последовательности:

Внимание: Подключать блок питания к сети можно только через соответствующий переходник.

1. Откройте крышку 1 с левой стороны тепловизора. 2. Подключите блок питания к сети 2. 3. Тепловизор подключится автоматически.

14

4. Состояние зарядки определяется по LED индикатору. 5. Полностью зарядите аккумулятор. 6. Отключите блок питания прибора. Тепловизор будет готов к работе после первой подзарядки прибора.

Зарядка аккумулятора также возможна от настольного зарядного устройства.

Включение и выключение тепловизора Включение тепловизора производится в такой последовательности: 1. Снимите защитную крышку объектива.

2. Нажмите . – На дисплее будет показан стартовый экран. На экран будут выведены сведения об области применения и версии микропрограммы тепловизора.

3. По окончании инициализации будет открыт вид представления измерений. Примерно каждые 60 с выполняется автоматическое обнуление тепловизора. Выполнение данной операции сопровождается "щелчком". В ходе ее выполнения изображение замораживается.

Выключение тепловизора производится в такой

последовательности:

1. Нажмите . 2. Дисплей погаснет, и тепловизор будет выключен. Фокусировка изображение может производится автоматически или

вручную при помощи вращения кольца фокусировки объектива.

Сохранение снимка осуществляется в такой последовательности:

1. Нажмите [Триггер]. – Изображение будет зафиксировано (фиксированное изображение). Если изображение необходимо сохранить, то путь сохранения можно задать с помощью левой кнопки быстрого выбора – Папка [Folder].

2. Выбор каталога хранения (папки): при зафиксированном изображении нажмите кнопку быстрого выбора [Папка]. – Будет открыт диалог Папка.

3. Джойстиком выберите новую папку и откройте ее нажатием [OK].

4. В верхнем колонтитуле открытой папки будет показано имя открытой папки.

5. Нажмите левую кнопку быстрого выбора [Применить] для выбора открытой папки.

15

Создание новой папки 1. В диалоге Папка: Джойстиком выберите Новая папка и

подтвердите выбор нажатием[OK]. – и будет открыт диалог Имя папки. 2. Переименование папок: С помощью Джойстик выберите

требуемые буквы и подтвердите выбор нажатием[OK]. Имя папки может содержать до 8 символов. Ошибочно введённые символы можно удалить с помощью правой кнопки быстрого выбора [◄C].

3. Для создания папки нажмите левую кнопку быстрого выбора Создать папку [Create Folder].

Удалить все 1. [OK] | Галерея снимков| [OK]| Стереть все [OK]. – Будет показан

запрос подтверждения удаления всех файлов на карте памяти. Папки удалены не будут.

2. Подтвердите удаление нажатием [OK] или отмените процесс удаления нажатием [Esc].

Установка предельных значений шкалы

Предельные значения могут устанавливаться как автоматически (непрерывная автоматическая регулировка по текущим минимальным/максимальным значениям), так и вручную. Предельные значения шкалы могут устанавливаться в пределах активированного диапазона измерений. Все температурные значения, находящиеся ниже или выше предельного значения, будут показаны в том же цвете, что и предельное значение (в зависимости от выбранной цветовой гаммы). Не актуальные температурные диапазоны можно скрыть.

1. [OK] | Шкала…| [OK]. – Будет открыт диалог. Установить шкалу. 2. Переведите Джойстик влево/вправо для выбора требуемого

параметра: Автоматическая настройка шкалы ( ), минимальное

значение( ), температурный диапазон( ) или максимальное

значение( ) – выбранный параметр будет выделен оранжевой границей. 3. При выбранном минмальном значении, температурном диапазоне

или максимальном значении: Переведите Джойстик вверх/вниз для изменения значения/значений. Изменения будут применены немедленно, что, в свою очередь, немедленно отразится на инфракрасном изображении на дисплее.

4. Закройте диалог нажатием [OK] или [Esc]. – Изменения сохранены.

16

Перепрограммирование функций кнопок быстрого выбора

1. Переведите Джойстик влево или вправо для открытия списка. Конфигурация кнопок (Configuration key) для доступа к левой или правой кнопке быстрого выбора.

2. Переведите Джойстик вверх/вниз для выбора нужной функции. 3. Нажмите [ОК], чтобы активировать выбранную функцию. Необходимые функции для сохранения различных типов

изображений показаны на рис. 5.

Рис. 5. Необходимые функции для сохранения различных типов изображений В зависимости от объекта измерения температуры диапазон

измерения температуры может быть либо заниженным, либо завышенным. В этом случае вместо показаний будет выведено либо ---, либо +++. При появлении этих знаков необходимо изменить диапазон измерений.

Диапазон измерений можно установить в соответствии с определённой областью применения:

1. [OK] | Измерения| [OK]| Диапазон измерений (Measuring range). 2. Выберите требуемый температурный диапазон и подтвердите

выбор нажатием [OK]. Смена цветовой палитры для инфракрасного изображения:

Для выбора доступны 4 палитры. Активный на текущий момент параметр будет отмечен флажком «галочка».

1. [OK] | Палитра| [OK]. 2. Переведите Джойстик вверх/вниз для выбора требуемого

параметра. 3. Подтвердите выбор нажатием [OK].

17

Коэффициент излучения Коэффициент излучения – это способность тела излучать

электромагнитные волны. Данный параметр зависит от определённого материала и подлежит корректировке для получения правильных результатов измерений. Неметаллические материалы (бумага, керамика, древесина и лакокрасочные материалы), пластик и продукты питания имеют высокий коэффициент излучения, что указывает на простоту измерения поверхностной температуры по инфракрасному излучению. Для инфракрасных измерений не подходят яркие металлы и оксиды металлов, из-за неоднородного коэффициента излучения. Здесь необходимо учесть высокую неточность измерений. Выходом из такой ситуации может служить использование покрытий, повышающих коэффициент излучения, например, краска или повышающая коэффициент излучения клейкая пленка, которые наносятся на объект измерений. В таблице 2 приводятся стандартные коэффициенты излучения наиболее важных материалов. Эти значения могут использоваться в качестве контрольных значений при установке пользовательских настроек.

Ориентировочные коэффициенты излучения при тепловизионной съемке показаны в таблице 2.

Таблица 2 Материал(температура материала) Коэффициент

излучения Гипс (20 °C) 0.90 Стекло (90 °C) 0.94 Твердая резина (23 °C) 0.94 Мягкая серая резина (23 °C) 0.89 Древесина (70 °C) 0.94 Пробка (20 °C) 0.70 Радиатор черный с гальваническим покрытием (50 °C) 0.98 Медь с небольшим окислением (20 °C) 0.04 Медь с оксидной пленкой (130°C) 0.76 Пластик: Полиэтилен, полипропилен, ПВХ (20 °C) 0.94 Латунь с оксидной пленкой (200 °C) 0.61 Бумага (20 °C) 0.97 Керамика (20 °C) 0.92 Черная краска, матовая (80 °C) 0.97 Сталь с термически обработанной поверхностью (200 °C) 0.52 Сталь с оксидной пленкой (200 °C) 0.79 Обожженная глина (70 °C) 0.91 Кирпич, строительный раствор, штукатурка (20 °C) 0.93

18

Методика проведения эксперимента В результате проведения эксперимента студент должен научится

правильно пользоваться тепловизионной техникой. Эксперимент проводится бригадой студентов из 3-4 человек. В ходе проведения эксперимента необходимо проделать следующие

действия: 1. Показать основные части тепловизора. 2. Включить тепловизор. 3. Сделать тепловизионный снимок. 4. Сохранить снимок с расширением Bmt – для инфракрасных

изображений с приложением реального изображения или без него, bmp – для реальных изображений.

5. Создать папку для своих изображений и сохранить созданные изображения там.

Обработка результатов измерений 1. Созданные изображения студент должен представить в отчете с

указанием нескольких точек, в которых должна быть отражена температура поверхности.

2. Необходимо также указать параметры настройки, которые были выставлены в момент проведения съемки, и объяснить их значение.


1. Функции тепловизора. 2. Как настроить изображение тепловизора? 3. Какие правила безопасности при использовании тепловизора

необходимо соблюдать. 4. Как осуществляется выбор языка прибора? 5. Как производится подзарядка тепловизора? 6. Какие основные части тепловизора вы знаете? 7. Как правильно выбрать и установить на приборе коэффициент

излучения? 8. Определите какой коэффициент излучения необходимо

установить, чтобы производить съемки прибора отопления из чугуна покрытого в одном случае черной матовой краской, а в другом – блестящей серебряной краской.

9. Как сохранить тепловизионное изображение на приборе? 10. Какие расширения имеют изображения, созданные

тепловизором? 11. Как изменить предельные значения шкалы тепловизора? 12. Что такое диапазон измерений? 13. Как изменить диапазон измерений тепловизора? 14. Как перепрограммировать функции кнопок быстрого выбора?

19


Определение тепловых потерь через ограждения теплотехнического оборудования (термической сушилки)

Цель работы – углубление знаний в области использования

тепловизионной аппаратуры. В процессе выполнения лабораторной работы определяются тепловизионные изображения ограждения термической сушилки. По данным измерений производится расчет тепловых потерь.


Тепловой поток конвективного теплообмена (теплоотдачи определяется обычно по уравнению Ньютона-Рихмана:

( ) FTTQ ЖП ⋅−= α , (9) где α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2.К); ПT – температура

поверхности, К; ЖT – температура жидкости (воздуха), К; F – площадь поверхности, м2.

Величины α , ПT , ЖT условно принимаются постоянными для каждой точки поверхности.

Коэффициент теплоотдачи представляет собой сумму лучистой Лα и конвективной Кα составляющей.

Коэффициент Кα определяется для теплоотдачи в режиме свободной конвекции, когда критериальное уравнение имеет вид

nGrcNu Pr)( ⋅= , (10) где Nu – критерий Нуссельта; Gr – критерий Грасгофа; Pr –

критерий Прандтля (при 273−= тт Tt ); с, п – постоянные (см. определение постоянных критериальных уравнений).

Критерий Грасгофа определяется по формуле

TlgGr ∆⋅⋅⋅= βν 2

3, (11)

где g – ускорение свободного падения; l – характерный геометрический размер, м; тТ/1=β – коэффициент объемного расширения воздуха; )(5,0 ЖПт ТТТ += ; ν – коэффициент кинематической вязкости (при 273−= тт Tt ); ЖП ТТT −=∆ .

lNu

Кλα ⋅= , (12)

где λ – коэффициент теплопроводности воздуха (при 273−= тт Tt ). Коэффициент Лα определяется по формуле

20

( ) ( )ЖП

ЖПЛ ТТ

ТТс−−

⋅⋅=44

0100100εα , (13)

где ε – степень черноты данного тела (ε ≈0,95); с0=5,67 Вт/(м2К4) – степень черноты абсолютно черного тела.

Расчет тепловых потерь через ограждения осуществляется для торцевых и боковых поверхностей отдельно. Теплопотери через боковые поверхности рассчитываются как для цилиндрической стенки, через торцевые поверхности – плоские стенки.

Уравнение теплопередачи имеет вид ( ) FTTkQ ВВ ⋅−⋅= 211 , (14)

где k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К); 1ВT , 2ВT – температура воздуха внутри и снаружи сушильной камеры соответственно, К; F – теплопередающая поверхность, м2.

( )∑ ⋅−⋅==

n

iПП

i

i FTTQ1

212 δλ . (15)

Погрешность расчета:

%1001

21 ⋅−

=Q

QQрε . (16)

Экспериментальная установка

Схема проведения эксперимента представлена на рисунке 6.

Рис. 6. Схема проведения эксперимента: 1 – корпус термической сушилки; 2 – основание сушилки; 3 – переключатель мощности; 4 – смотровое окно;

5 – держатель термометра; 6 – тепловизор для проведения тепловизионной съемки

1

2 3

4

5 6

21

Методика проведения эксперимента

Измерения производятся тепловизором. Объектив тепловизора направляется на центр поверхности,

температурное поле которой измеряется. Измерения производятся дважды: • температурное поле ограждения снаружи установки (со стороны

окружающей среды); • температурное поле оборудования внутри установки. Записываются данные о температуре воздуха (внутри и снаружи

установки). При защите лабораторной работы представить тепловизионные изображения поверхностей установки.

Результаты измерений заносятся в таблицу 3.

Таблица 3 № пп

Температура рабочего тела

Электрические замеры

Температуры /окружающей

среды и ограждающих конструкций

Время проведения

эксперимента

1t ,о С 2t ,

о С U , В I, А PPQ , Вт

oct , о С CTt ,

о С τ , с


1. Дать определение теплопроводности. 2. Дать определение теплоотдачи и теплопередачи. 3. Чем отличается теплопередача от теплоотдачи? 4. При каких условиях лучистую составляющую коэффициента

теплоотдачи можно не учитывать? 5. В чем особенность работы с тепловизором? 6. Как повысить точность измерений тепловизором? 7. Как влияют параметры окружающей среды на работу

тепловизора? 8. Как определяются неплотности ограждений с помощью

тепловизора?

22


Определение теплопоступлений в помещение от людей Цель работы – углубление знаний в области использования

тепловизионной аппаратуры. В процессе выполнения лабораторной работы определяются тепловизионные изображения одного человека и группы людей. По данным измерений производится расчет тепловых поступлений от людей.


Тепловыделение человека складываются из отдачи явного и скрытого тепла и зависит в основном от тяжести выполняемой им работы, температуры и скорости движения окружающего воздуха, а также теплозащитных свойств одежды.

Отдачу человеком явного тепла можно рассчитать по формуле ( )( )вчводияч ttvQ −+= 3,105,2. ββ , (17)

где иβ – коэффициент интенсивности работы. Для легкой работы, равный 1; для работы средней тяжести – 1,07; и 1,15 – для тяжелой работы. одβ – коэффициент, учитывающий теплозащитные свойства одежды и

равный 1 для легкой одежды, 0,65 для обычной одежды и 0,4 для утепленной одежды; вv – скорость движения воздуха в помещении, м/с; чt – температура поверхности одежды человека, измеренная тепловизором; вt – температура воздуха в помещении,

о С. Однако на практике обычно пользуются табличным методом. В таблице 4 приведены данные по тепловыделениям от взрослого

мужчины. При определении теплопоступлений от людей в помещении принято

считать, что тепловыделения от женщины составляют 85% от тепловыделений мужчины. Тепловыделения ребенка составляют 75% от тепловыделений мужчины.

Например, требуется определить тепловыделения 200 чел., находящихся в концертном зале. Температура внутри помещения составляет 23 о С.

По таблице 4 при помощи интерполяции определяем тепловыделения одного человека. Таким образом, тепловыделения одного человека при температуре в 23 оС составляют 102 Вт тепла. Значит, тепловыделения от 200 чел. составляют 20,4 кВт тепла.

Скорость движения воздуха в помещении вv определяется по ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях».

23

Таблица 4

Методика проведения эксперимента 1. При проведении эксперимента студенты при помощи

тепловизора измеряют температуру поверхности одежды человека. 2. При помощи формулы (16) необходимо высчитать отдачу

человеком явного тепла. 3. По таблице 4 табличным методом определить отдачу человеком

явного тепла. 4. Сравнить результаты, полученные табличным и расчетным

методами:

24

%1001

21 ⋅−

=Q

QQрε , (18)

где 1Q – тепловыделения человека, полученные табличным методом; 2Q – тепловыделения человека, полученные расчетным методом.


1. Расскажите о явлении конвекции. 2. Дайте определение теплопроводности. 3. Как рассчитать отдачу человеком явного тепла расчетным

методом? 4. Как определить отдачу человеком явного тепла табличным

методом? 5. Как определить отдачу человеком полного тепла табличным

методом? 6. Как влияет на величину тепловыделений явного тепла степень

тяжести выполняемого человеком труда? 7. Как влияет одежда на величину тепловыделений явного тепла? 8. Сравните теплопередачу и теплоотдачу.

25

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Соколов, Е.Я. Теплофикация и тепловые сети : учебник для вузов. – 9-е изд., стереот. / Е.Я. Соколов. – М. : Издательский дом МЭИ, 2009. – 472 с.

2. Хрусталев, Б. М. Теплоснабжение и вентиляция. Курсовое и дипломное проектирование [Текст]: учеб. пособие для вузов / Б. М. Хрусталев, Ю.Я. Кувшинов, В. М. Копко ; под общ. ред. Б. М. Хрусталева. – 3-е изд., испр. и доп. – М. : Изд-во АСВ, 2010. – 783 с.

3. Новиков, И. И. Термодинамика [Текст]: учеб.пособие / И. И. Новиков. – 2-е изд., испр. – СПб. : Лань, 2009. – 589 с.

4. Российская Федерация. Законы. О теплоснабжении [Текст]: федер. закон №190 : [принят Гос. думой 27 июля 2010 г.]. – М. : Гарант, 2013. – 46 с.

5. СП 124.13330.2012 Тепловые сети. Актуализированная редакция. – М. : ФАУ «ФЦС», 2012. – 74 с.

6. Строительные нормы и правила. СНиП 41-02-2003 Тепловые сети. – М. : Госстрой России, 2004 – 68 с.

7. Тепловизор testo 875. Руководство по эксплуатации. URL: http://www.energo-snab.ru/upload/iblock/c3c/c3c18a64c19ba050aea 53663c0f1d86.pdf (дата обращения: 30.03.2013)

26

http://www.energo-snab.ru/upload/iblock/c3c/c3c18a64c19ba050aea%2053663c0f1d86.pdfhttp://www.energo-snab.ru/upload/iblock/c3c/c3c18a64c19ba050aea%2053663c0f1d86.pdf

Учебное издание

ЦЫНАЕВА Екатерина Александровна ЦЫНАЕВА Анна Александровна

ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА.

ИСТОЧНИКИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Сборник учебно-исследовательских лабораторных работ

Редактор Н.А. Евдокимова Подписано в печать 15.09.2014. Формат 60×84 1/16.

Усл. печ. л. 1,5. Тираж 50 экз. Заказ 1053. Ульяновский государственный технический университет

432027, Ульяновск, Сев. Венец, 32. ИПК «Венец», 432027, Ульяновск, Сев. Венец, 32.

userМашинописный текстЭИ № 334.

userМашинописный текст

Источники теплоснабженияОбработка результатов измеренийОбработка результатов измерений

HistoryItem_V1 AddNumbers Range: From page 3 to page 26 Font: Times-Roman 12.0 point Origin: bottom centre Offset: horizontal 0.00 points, vertical 65.20 points Prefix text: '' Suffix text: '' Use registration colour: no

1 1 BC 1 3 TR 1 0 655 124 0 1 qi3alphabase[QI 3.0/QHI 3.0 alpha] 12.0000 Both 3 SubDoc 26

CurrentAVDoc

[Sys:ComputerName] 0.0000 65.1969

QITE_QuiteImposingPlus3 Quite Imposing Plus 3.0f Quite Imposing Plus 3 1

2 27 25 24

1

HistoryList_V1 qi2base

ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА ИСТОЧНИКИ...

Documents