АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖЄНЕ БАЙЛАНЫС ИНСТИТУТЫ
¤неркєсіптік жылуэнергетика
кафедрасы
ЖЫЛУ
ЭЛЕКТР СТАНЦИЯЛАРЫ МЕН ӨНЕРКӘСІП ОРЫНДАРЫНДА
ОТЫНДЫ ЖАҒУДЫҢ АРНАЙЫ СҰРАҚТАРЫ
Зертханалық
жұмыстарды орындауға әдістемелік нұсқаулар
(Жылуэнергетика мамандығының
студенттері үшін)
Алматы 2004
ҚҰРАСТЫРҒАНДАР: С. К.
Әбілдинова, Л. Ю. Васильченко. Зертханалық жұмыстарды
орындауға әдістемелік нұсқаулар. Жылуэнергетика
мамандығының студенттері үшін. – Алматы: АЭжБИ, 2004. – 25 б.
Әдістемелік нұсқауларға
зертханалық жұмыстарды дайындау, өткізу, ақпараттарды
бейнелеу, зертханалық жұмыстардың сипаттамалары кіреді.
Без. 6 сурет, 7 кесте, библиогр.
– 5 атау.
ПІКІР ЖАЗУШЫ:
техн.ғыл.канд., доцент Р. Мұсабеков.
Алматы энергетика және байланыс институты 2004 ж. жоспары
бойынша басылады.
© Алматы энергетика және байланыс институты,
2004ж.
КIРІСПЕ
Курс бойынша зертханалық жұмыстардың
мақсаты лекция және практика сабақтарында алған
білімдерді және дағдыларды бекіту, жану сипаттамасын есептеуді
үйрену, жану процесі мен алаулы немесе қатпарлы процестердің
пайда болуын басқару, эксперименттік
зерттеулерді және алынған мәліметтерді өңдеу
дағдыларын үйрену. Жұмысты орындау алдында әдістемелік
көрсеткіштерді, жұмысқа ұсынылған
әдебиеттерді, эксперимент әдісін, қондырғының
функциялық үлгісін, экспериментті орындау ретін және
мәліметтерді өңдеуді анық білу керек. Осы
кезеңде байқаулар мен мәліметтерді өңдеудің
хаттама бланкін құру керек.
Алынған нәтижелердің қателігін
бағалау және әдебиетте бар мәліметтермен салыстыру
керек. Жұмыс бойынша есепті әр студент А4 форматында орындау керек.
1.1 Жұмыс мақсаты.
1.2 Қысқаша теориялық түсініктемелер және негізгі есептеу формулалары.
1.3 Эксперименталдық қондырғының
қағидалық үлгісі.
1.4 Бақылаулар мен мәліметтердің хаттамасын
өндеу, эксперимент қателігін бағалау.
1.5 Жұмыстан алынған және әдебиетте берілген
нәтиженің салыстырмалық талдауынан шығатын
жұмыстың қорытындысын жасау.
Жұмыс кезінде техника қауіпсіздік ережелерін
сақтау керек.
№1 Зертханалық жұмыс
Оттегі
диффузиялық ағынының қатты отын бөлшегінің
жану жылдамдығына тигізетін әсерін зерттеу
1.1 Жұмыстың мақсаты
Оттегін реакцияласу бетіне әр түрлі
жағдайларда жеткізе отырып, қатты отынның орташа жану жылдамдығын
экспериментте анықтау, қатты отынның жану кинетикасын
эксперименталды зерттеуге студенттерді үйрету және осы облыстағы
теориялық білімдерін бекіту.
1.2
Теориялық кіріспе
Фазалардың
бөліну бетінде, немесе көміртегі бөлшегінің бетінде
жүретін, көміртегінің жану процесін гетерогендік процес деп
санауға болады. Бұл жағдайда отын әбден жанғанша көміртегінің
концентрациясы жану бетінде өзгермейтін болғандықтан,
I қатардағы реакция орын алады
Ks02 = кCs02, (1.1)
мұнда Кs02
– оттегі бойынша реакция жылдамдығы, г/м2;
к – реакция жылдамдығының
тұрақтысы;
Сs02 –
көміртегі бөлшегінің бетіндегі оттегі концентрациясы, г/м2.
1200ºС дейінгі температураларда көміртегі жануының қосынды химиялық процесін, Д.
Мейердің зерттеулері бойынша мына формуламен көрсетуге болады
4С + 3О2 → 2СО + 2СО2 (1.2)
Бұл реакцияның әрекеттесу энергиясы
84000÷126000 кДж/моль құрайды.
Коксты қалдықтың
жану жылдамдығы, әдетте оттегі
мен жану
өнімдерінің бөлшек
бетінде әсерлесуінің бірінші және
екінші реакцияларының қосынды
эффектісі арқылы
анықталады және ол
оттегі мен жану өнімдері арасындағы өзара байланысқан
жылу алмасу, диффузия (молярлық және молекулалық),
химиялық әсерлесу процестерінің қарқынына
тәуелді. Көміртегі
бөлшегінің сыртқы
бетінде, оттегі
концентрациясы жеткілікті болған кезде ішкі әсерлесу орын алады: химиялық реакциялар кокс бөлшегінің ішкі бетінің жарықшаларында және бос қуыстарында өтеді.
Көміртегінің меншікті беттік жану жылдамдығы деп
газдалған (жанып кеткен) көміртегінің уақыт бірлігінде көміртегі
бөлшегінің сыртқы
бетінен шығатын
шамасын айтады.
Егер β арқылы
газдалған көміртегінің массасының жалпы көміртегі массасына
қатынасын
белгілесек,
онда К
оттегі бойынша жану жылдамдығын
анықтайды.
К
= β К
= β КэффC
(1.3)
(1.2) реакциясы үшін β шамасының мәні 0.5 – ке тең. Эксперименталдық
зерттеулерден
Nид
= αД
d/Д = 2 (1 + 08 Re2/3)
болатыны
анықталған. Егер реакция баяу өтетін болса, Re
< 100 болған жағдайда
Nид = Z, αД = Д / r,
мұндағы Д –
молекулалық диффузия коэффиценті, м/с; d, r – бөлшек диаметрі және
радиусы.
Осыдан оттегінің меншікті беттік жану
жылдамдығы
Кs02 = β Cs02
/ (
r/Д + 1/α), (1.4)
мұнда αД – массаберу коэффиценті, м/с;
α – кокс бөлшектерінің ішкі реакцияласуын сипаттайтын,
реакциялық газ алмастыру
коэффициенті.
Егер жану процессінде оттегінің жану жылдамдығы тұрақты болса, онда массасы m отындағы, τ-уақыты ішінде газдалған оттегінің Δm мөлшерін
мына формуламен анықтауға болады.
Δm
= Кsc Ғ m τ, (1.5)
мұнда Ғ – көміртегі бөлшектерінің
меншікті беті, м2/кг;
Δm – τ
уақытында газдалған оттегінің мөлшері, г.
Монодисперсті көмір шаңының меншікті бетін мына формуламен анықтауға болады
Ғ =
6·106 / (dρнас), (1.6)
мұнда d – бөлшектің
диаметрі, мкм;
ρнас – үйілген шаңның
тығыздығы, кг/м3.
1.3 Жұмысты
орындау тәртібі
Алдын ала
ұнтақталған (dср = 300 мкм) және ауада құрғақ қалпына
дейін кептірілген
қатты отынның (тас көмірдің) коксты
қалдығынан, әр
қайсысының массасы 1 г -
ға тең алты сынақ дайындалады.
Кокстың шаңы “қайық”
түбіне тығыз қабатталып орналасады. Қайықтың массасын
және ішінде коксы бар
қайықтың массын анықтап,
әр қайықтағы
кокстың таза массын
анықтауға болады
mі = mоі – mлi.
(1.7)
Содан кейін кез келген екі сынақты таңдап, біреуін ашық қалдырады, ал екінші қайықты кварцты тақташамен жабады. Коксты
бөлшектері бар екі қайықшаны да, температурасы 600ºС - қа тең, муфельді пешке орналастырады да, 10 – 15 минут
аралығында ұстайды.
Сынақтарды 125ºС температураға дейін муфельді
пештің қақпағында суытады, ал бөлмелік
температураға дейін суыту үшін эксикаторды қолданады.
Аналитикалық таразыда
сынақтағы көміртегі қалдығының массасын
анықтап, (1.5) формуласы арқылы оттегінің меншікті
бетінің жану жылдамдығын анықтай аламыз. Сондай-ақ, алынған 2 басқа
сынақтағы көмір бөлшегінің меншікті жану жылдамдығы 800
және 1000ºС температурасында анықталады. Ол үшін dср
= 300 мкм, рнас = 600 кг/м3 – деп қабылдаймыз.
Эксперименттен табылған
көміртегінің меншікті орташа жану жылдамдығының мәндері арқылы оның
температураға тәуелділігі графигін салу қажет Кsэc
= fэ
(T).
Есептеу кезінде Кsэ = К деп қабылдаймыз, яғни
меншікті жылдамдық кинетикалық облыста ішкі әсерлесу
жоқ болған жағдайда анықталады.
Реакция жылдамдығының
тұрақтысын анықтау үшін әрекеттесу
энергиясының шамасын Е = 100000 кДж/моль деп қабылдаймыз, ал k0-
экспонента алдындағы көбейткішті, төменде көрсетілген Л.
А. Вулис формуласымен анықтау керек.
lgk0 = 1,74·10-4 Е – 0,5, (1.8)
мұнда Е – әрекеттесу
энергиясы,
оны ккал/кмоль бірлігімен алу қажет. Төмендегі
кестелерде
бақылауларды жазу формалары және эксперимент мәліметтерінің өңдеуі келтірілген.
1.1 – кесте Байқаулар
жазбасы
|
Тәжірибе № |
mлi |
moi |
mi |
T |
t |
mki |
|
F |
Қосымша |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mi
1.2 – кесте Жұмыс
мәліметтерін өңдеу
|
Тәжірибе № |
Т, К |
K, 1/с |
Кsс,кг/м2с |
Fmi,м2кг |
Ksэс,
кг/м2с |
Ksс-Ksэс |
|
|
|
|
|
|
|
|
Көміртегінің
меншікті жану жылдамдығын анықтағандағы аспаптың
салыстырмалық қателігін (1.9) формуласы арқылы
бағалауға болады
, (1.9)
мұнда “D”
арқылы,
өлшенген шамалардың абсолюттік аспаптық қателігі
берілген.
Осы формулада ΔҒ шамасының үлесі ғана
өте үлкен қателікті береді, себебі (1.6) формуласы арқылы полидисперсті шаңның меншікті
бетінің мәнін жуық түрде
ғана анықтауға болады, сонымен қатар
біз сынақтағы көміртек бөлшектерінің ішкі әсерлесуін ескермейміз.
1.4 Бақылау сұрақтары
1.4.1 Жану
процессі деп нені
айтады?
1.4.2 Көміртегінің
кинетикалық және диффузиялық жану облысын сипатта.
1.4.3 Гомогенді
және гетерогенді реакциялардың жылдамдығы қалай
анықталады?
1.4.4 Реакция
тәртібін қалай орнатады?
1.4.5 Коксты
қалдықтың жану жылдамдығы неге байланысты?
1.4.6 Ішкі
әсерлесу қандай жағдайларда болады?
1.4.7 Әр
түрлі температурадағы көміртегінің меншікті беттік жану жылдамдығының анықтамасын бер?
1.4.8 Реакция жылдамдығы
тұрақтысы қысымға, температураға және
концентрацияға қалай тәуелді?
1.4.9 Нуссельт
шарттамасы нені сипаттайды?
№2 Зертханалық жұмыс
Сұйық
отынның шашырауын зерттеу
2.1 Жұмыстың мақсаты
Пневматикалық
шашыратқыштың көмегімен сұйықтың шашырауын
эксперименттік зерттеу. Келесі арнайы
әдебиеттерді оқып, түсіну қажет Ә1, 187-220 б.,
Ә3, 228-298 б.
2.2 Эксперименттік
стендтің сипаттамасы
Сынау стенді (2.1 – сурет) сынау камерасынан (1) тұрады,
оның жоғарғы
қабырғасында шашыратқышты (2) вертикаль ұстайтын
тіреуіш жасалған. Ал
камераның алғы қабырғасындағы тесікте орналасқан
арнайы құрылғының көмегімен сынау зонды (3) камераның ішінде
вертикалды бағытта қозғала алады. Осы зондтың
көмегімен сұйық отын жанғанда пайда болатын
алаудағы барлық негізгі өлшеулер жүргізіледі.
Шашыратқыш сұйық ретінде су қолданылады.
Сұйықты шашырату үшін компрессордан шығатын
сығылған ауа қолданылады.
1
– сынау камерасы, 2 – шашыратқыш, 3 – өлшегіш зонд, 4 – термостат, 5 – ішінде суы бар екі көлем, 6
– ротаметрлер, 7 – манометр, 8 –
ысырмалар,
9 – сорғы
2.1
– сурет. Эксперименталдық
қондырғының нұсқасы
1 – зондтың корпусы, 2 – өлшегіш ыдыстар (пробиркалар), 3 – зондтың тұтқасы,
4 – перделі жапқыш, 5
– перделі жапқыш
тұтқасы
2.2 – сурет. Өлшегіш зонд
Алғашында шашыралатын су
термостаттың ішінде орналасады, кейіннен термостаты шашыраған су
тамшыларын жинақтайтын, бак ретінде қолданады.
Термостаттың сорғысының көмегімен су арнайы ыдыстарға жетеді.
Содан кейін сынақ камерасында
арнайы бекіткішке зерттелетін шашыратқыш орналастырылады. Осы стендта
әр түрлі шашыратқыштардың зерттеулерін жүргізуге
болады.
Шашыратқышты бекіткеннен кейін
компрессормен суы бар ыдысқа ауаны жібере бастайды.
Су, ауа
қысымының әсерінен, шашыратқышқа барады. Ыдыстардан шыққан
судың қысымы (7) манометрмен және шығыны (6) ротаметрмен
өлшеніледі. Пневматикалық
шашыратқыш үшін, стендта редуктор арқылы компрессордан
шашыратқышқа қарай баратын қосымша ауа жолы ескерілген.
Шашыратқышқа жіберілетін ауаның
қысымы мен
шығыны алдын-ала
өлшенеді. Шашыратқыштан өткенде су шашырайды, сол кезде сынау
зондының көмегімен шашыраған сұйықтың
сынамалары алынады.
Сынау камерасында алаудың
ашылу бұрышы және оның ұзындығын өлшейтін
арнайы құралдар бар. Сынақ камерасынан су термостатқа
құйылады.
2.3 Өлшеулер тізбегі
Зондтың бойында, өлшеу
ыдыстары (пробиркалар)
қойылатын,
ұяшықтар
жасалған. Зондты сынақ камерасына орналастырғанда, бұл ыдыстар шашыратқыштан шығатын алауға
көлденең
орналасады. Шашырау тығыздығын
өлшегенде,
перделі жапқыштар ашылады және секундомер жұмысқа қосылады.
30 – 40 секундтан кейін перделі жапқыш жабылып, зонд сынақ камерасынан
шығарылады. Сынақты алу
уақыты мен
пробиркадағы
сұйық мөлшері арқылы және пробиркадағы сұйықтың,
горизонталь көлденең қимасының белгілі
ауданының
шамасы бойынша
шашырау
тығыздығы анықталады.
Яғни, 1м2 алау
қимасында 1
секундта болатын сұйық
мөлшері,
килограммен келесі формула
арқылы анықталады
П = SV/ (fτ), кг/м2с (2.1)
мұнда V – ыдыстағы
сұйықтың көлемі, м3;
S –
сұйық тығыздығы, кг/м3;
f – горизонталь қимасының ауданы, м2;
τ
– өлшеулерді жүргізудің ұзақтығы, с.
2.4 Жұмысты орындау
тәртібі
2.4.1 Эксперименттік
стендта жұмыс өнімділігі 8∙103
пневматикалық шашыратқыш зерттеледі. Сынақтар
шашыратқыш агенттің, яғни ауаның қысымы мен
шығынының әртүрлі мәндерінде өткізіледі.
2.4.2 Нәтижелер 2.1 – кестесіне енгізіледі .
2.4.3
Шашырау тығыздығы форсунка шетінен алау қималарының
арақашықтығы 10; 15; 20; 25; 30 см болған кездерінде
өлшенеді.
2.4.4 Шашырау тығыздығының мәнін
(2.1) формуласымен есептеледі.
2.4.5 Өлшеу қателігін бағалау
қажет.
2.4.6 Эксперимент мәндерінің үйлесімділігі туралы қортынды
жасау қажет.
№1 тапсырма
Ауа шығыны тұрақты, ол 0,9 10-3
кг/с тең, алаудың ашылу бұрышы β = 30º. Ауа
қысымы рр = 0,1 МПа, су шығыны Вт = 10-2
кг/с - const.
№2 тапсырма
Ауа шығыны тұрақты, ол 0,9 10-3
кг/с тең, алаудың ашылу бұрышы β = 46º. Ауа
қысымы рр = 0,2 МПа, су шығыны Вт = 10-2
кг/с - const.
№3 тапсырма
Ауа шығыны тұрақты, ол 0,9 10-3 кг/с тең, алаудың ашылу
бұрышы β = 80º. Ауа қысымы рр = 0,3 МПа, су
шығыны Вт = 10-2 кг/с - const.
2.1 – кесте
Өлшеулер нәтижесі
|
Форсунка
шетінен ара қашықтығы, см |
Шашырау
тығыздығының П, кг/(м2 с) алау осінен r, см
қашықтықтағы мәндері |
||||||||
|
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.4 Бақылау сұрақтары
2.4.1 Ауадағы сұйық отынның жану
механизмі қандай?
2.4.2 Сұйық тамшыларының
диффузиялық жануы.
2.4.3 Көмірсутегінің жануының
химиялық формулалары мен нұсқасын келтір, О2 жану
процессіне жетпеуі және артықтығы жану процесіне қалай
әсер етеді?
2.4.4 Сұйықты шашыратудың
тәсілдерін атап өт.
2.4.5 Гидравикалық шашыратқыш түрлері.
2.4.6 Сұйықтың гидравликалық
шашырауы. Гидравликалық шашыратқыштарды есептеу неге байланысты?
2.4.7 Шашырау тығыздығы қалай
өлшенеді? Сұйық отындарды жағуды қарқындату
мысалдарын келтір.
2.4.8 Әр түрлі шашыратқыштардың
жұмысын реттеу тәсілдері қандай?
2.4.9 Сұйық отындарды жаққанда
зиянды заттардың бөлінуі және онымен күресу
әдістері.
№ 3 Зертханалық
жұмыс
Газдық жандырғыш әдісімен
жалынның қалыпты таралу жылдамдығын анықтау
3.1
Жұмыстың мақсаты
Зертханалық
жұмыстың мақсаты газдық жандырғыш әдісімен
жалынның қалыпты таралу жылдамдығын анықтау,
жалынның таралуын эксперименттік түрде зерттеп үйрену
және осы бағыттағы теориялық білімді
қорытындылау.
Жұмысқа
кірісер алдында мына әдебиеттерді оқып түсіну керек.
Ә:1-122-140 б.
3.2
Газды қоспадағы жалынның жылулық таралуының
негізгі теориясы
Тыныштық күйдегі немесе ретті
қозғалыстағы газдардың жалынының таралуының
жалынның ретсіз таралуына қарағанда қалыпты деп
аталады. Жалынның қалыпты таралуының жылдамдығы Un см/с деген түсінік енгіземіз, ол жалын шебінің беткейіндегі
әліметке тіке бағытталған бойымен салыстырмалы жанған
қоспаның жалын шебінің әліметінің
өтуінің сызықты жылдамдығын білдіреді. Жанғыш
қоспа, қозғала ма немесе тыныштық күйде ме
оған қарамастан, қозғалмайды деп қабылдайды.
Тәжірибеде көрсетілгендей, газдың
қоспалардағы тұтану аймағы (жалын шебінің
қалыңдығы) миллиметр бөлігін құрайды.
Осы көрсетілген аймақта химиялық
сезудің қарқындылығы және жылу бөліну, отын
қоспасы және температура шоғырлануының біршама
градиенттерінен болады. Ол газдарды салмақ тасымалын және жылу
тасымалын тудырады. Тыныштық немесе ретті газдардың
қозғалысында жылусалмақ тасымалын затшалық таралу
және жылуөткізгіштігі есебінен жүреді. Сонда тасымал
жаңа қоспаға бағытталған, ол салмақ
тасымалы жаңа қоспадан жалын шебіне бағытталған. Шексіз
үлкен көлемдегі жалынның қалыпты таралу
жылдамдығы жылуөткізгіштіктің және таралудың
дифференциялдық теңдеулерінің бірлескен шешімінің
негізінде анықталуы мүмкін.
Д.А Франк-Каменцкий осы жалынның
қалыпты таралу есебінің жуықталған шешімін ойлап тапты. Оның ойынша
жалынның қалыпты таралу жылдамдығы келесідей болады
, (3.1)
мұнда α -
жанғыш қоспа массасының температура өткізу
коэффициенті, м2/с.
,
мұнда λ – жылуөткізгіштік коэффициенті;
ρСр
– қоспаның көлемді жылусыйымдылығы;
τ
– жалын шебіндегі қоспаның әсерлесу уақыты;
Ф – өлшемсіз көбейткіш,
бірден кіші, оның сандық мәні жанғыш
қоспаның және жану өнімдерінің температурасына, реакция кинетикасына
тәуелді.
Сонымен, жалынның таралуының қалыпты
жылдамдығы жаңа қоспаның жылуфизикалық
қасиеттеріне, жану өнімдерінің көлемдік
жылусыйымдылығына, жаңа қоспаның температурасына,
реакция уақытына тәуелді.
Берілген отын қоспасы үшін, жалынның
таралуының қалыпты жылдамдығы тұтану
аймағындағы температурадаға және қоспа
құрамына тәуелді. Мысалы: саратов табиғи газы
үшін, жалынның таралуының максималды жылдамдығы,
асқын ауа коэффициенті α = 0,91 ал α > 1,9 және a < 0,63 кезінде байқалады. Қоспаны алдын-ала қыздырмаса
жанбайды.
Қозғалыстағы ағында жалын шебі
қалыптасқан күйде болады, егер ағын
жылдамдығының құраушысы тіке бойымен жалын
шебінің беткейінің элементіне Wn шамасы бойынша тең, және жалын таралуының қалыпты
жылдамдығының векторына қарсы бағытталады.
Әрбір жалын шебінің беткейіндегі элементте
қозғалған ағындар үшін Михельсонның (3.1 –
сурет) косинустар заңы Wcosj = - Un сақталады. Тыныштықтағы отын қоспасы
жалынының таралуынының көрінетін жылдамдығы U келесі қатынастан
анықталады
(3.2)
3.1 – сурет. Жалын таралуының қалыпты
жылдамдығын
анықтайтын сызба
Жалын шебі бетінің ауданын F, ал түтіктің ішкі қимасын S деп белгілейміз. Сонда
ағыншаның салмағының сақталу шартынан келесі
қатынасты аламыз
SWt = UnFt (3.3)
Ағын жылдамдығының W қимасы бойынша орташа шамасы үшін аудандар заңын аламыз
Un = WS/F, осыдан Un = V/F
(3.4)
V - дөңгелек жандырғыш арқылы өтетін
газдың көлемдік, секундтық шығыны.
Соңғы қатынас эксперименттік
түрде, газдық жандырғыш әдісімен жалын таралуының
қалыпты жылдамдығын анықтауға мүмкіндік береді.
Әдістің қателігі W, S, F шамаларының қателігімен ғана
анықталмайды, сондай-ақ тұтану аймағының осіндегі
және жандырғыш ернеуіндегі температуралардың,
жалынның қоршаған
ортамен әртүрлі жылуалмасуына байланысты тең еместігіне де
тәуелді. Сондықтан (4.3) формуласын беретін 
, қатынасы белгілі қателікпен орындалады. Un жалын шебінің барлық беті бойымен тұрақты
болмайды. Ол жоғарыда көрсетілген температураға
тәуелді.
3.3 Эксперименттік қондырғы және
оның жұмыс тәртібі
Газдық жандырғыш әдісімен
жалынның қалыпты таралу жылдамдығын анықтау үшін
ағынды гидродинамикалық
тұрақты жасайтын, ішкі диаметрі d, үзындығы ℓ = 100d тік құбыр қолданылады. Газ бен ауа араластыру
құтысы арқылы құбырдың төменгі
ұшына беріледі. Газ бен ауаның және жанғыш
қоспалардың шығыны вентилдер арқылы реттеліп, газ
өлшегішпен өлшенеді.
Жұмысты орындағанда мына тәртіпті
сақтау керек:
3.3.1. Газдың құрамын ескере отырып,
ауаның қажетті теориялық көлемін анықтау Vº.
3.3.2. Бөлме температурасында газдың
және ауаның секундтық шығынын ауаның
артықтық еселеуіші a үшін анықтау. Ол 1; 0,8; 1,5 - ке тең.
3.3.3. Ауа беретін желдеткішті қосып,
вентилдің көмегімен манометрдегі ауа қысымының шамасын
артықтық еселеуіші коэффициенті a - ның мәні a = 1,5 болғанынша реттеу керек.
3.3.4. Газдың шығынын да, a
=
1,5 болғанша
вентилмен реттеу қажет.
Жұмысты орындағанда мұқият болу керек және екі
адам бірігіп жасауы керек. Біреуі газ шығынын реттеп тұрса,
екіншісі тұтану көзін жандырғыш ернеуінде ұстап
тұруы керек.
3.3.5. 2-3 минуттан кейін жанған қоспа
алауының биіктігі Н және. сонымен бірге жанатын
қоспаның шығыны V анықтау
қажет.
3.3.6. Осы жоғарыда көрсетілген тәртіп
бойынша өлшеуді ауаның артықтық еселеуішінің
келесі мәндері үшін a = 1; 0,8 - де жүргізу керек.
3.3.7. Қондырғыны өшіру үшін кері
тәртіпті қолдану керек: газдың берілуін тоқтату, содан
кейін ауаны жіберуді т.с.с.
Тәжірибенің нәтижелері бойынша
жалынның қалыпты таралу жылдамдығы (3.4) формуламен
анықталады. Алаудың пішінін дұрыс конус деп аламыз,
сонда
,
мұндағы V – жанғыш қоспаның шығыны;
R – жандырғыш радиусы;
Н
– алау конусының көрінетін биіктігі.
Жұмысты орындау алдында мына кестені дайындап
және оған нәтижелерді енгізу қажет:
3.1 – кесте Нәтижелерді өңдеу
кестесі
|
a |
VВ, м3/с |
Dрв |
Vг, м3/с |
Dрг |
V, м3/с |
H,
см |
Un, cм/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Эксперименттік қондырғы көмегімен
жалынның қалыпты жылдамдығын анықтау кестесі мына
формуламен анықталады
,
мұндағы DV, DR, DH – жанғыш қоспа
шығынының, жандырғыш радиусының және алау конусы
биіктігінің абсолют қателіктері.
3.4 Бақылау сұрақтары
3.4.1 Ламинарлық және турбуленттік жанудың
анықтамасын беру.
3.4.2 Жалынның қалыпты таралу жылдамдығы дегеніміз не?
3.4.3 Михельсон заңына және аудан заңына түсінік
беру.
3.4.4 Жалынның қалыпты таралу жылдамдығының
Михельсон әдісімен анықтауды түсіндіру.
3.4.5 Массалық жану жылдамдығы қалай анықталады?
3.4.6 Дифференциялдық түрде жылуөткізгіштік және
диффузия теңдеулерін жазу.
3.4.7 Жану аймағының қарапайым аумағы үшін
жылу балансы теңдеуі қалай жазылады?
3.4.8 Жалынның қалыпты таралу жылдамдығының
қоспаның қысымына мен температурасына және
құрамына тәуелділігі.
3.4.9 Тұтануға және тұтанудың
концентрациялық шегіне түсінік беру.
№ 4 Зертханалық жұмыс
Жарылғыш құрылғы аэродинамикасын
зерттеу
4.1 Жұмыстың мақсаты
Зертханалық жұмыстың мақсаты
газдың диффузиялық жануы кезінде, пайда болатын жалын шебін, ол
жандырғыштан шыққан сәтте тәжірибеден
анықтау. Сонымен қатар алау параметрлерін жандырғыш
құрылғының жұмыс сипаттамасына сәйкес
анықтау, студенттерге ошақтағы процестерді зерттеуді
үйрету және газ тәріздес отынды жағу жөнінде алған
білімдерін бекіту.
Жұмысқа
кірісер алдында осы жұмыстың сипаттамасы мен мына
әдебиеттерді оқып, түсіну керек. Ә:1-142-172 б.,
202-209 б.
4.2
Газ тәріздес отынды жағу
Ошақ
камерасына газ бен ауа жеке-жеке берілсе, онда жану процесі өзара
диффузия салдарынан жүреді және жану жылдамдығы араласу
процесінің қарқынына тәуелді болады. Сондықтан
мұндай жануды диффузиялық жану деп атайды.
Диффузиялық жанудың өзі
қозғалыс сипатына байлаысты ламинарлық және
турбуленттік болып екі түрге бөлінеді.
Зерттеулер диффузиялық алаудың біртекті
қоспа жанғанда пайда болтын алауға қарағанда аса
орнықты екендігін көрсетеді. Диффузиялық жану кезінде
алаудың түбірінен үзіліп кететін құбылысы да
байқалады.
Бірақ жалынның жандырғышқа кіріп
кетуі, жанғыш газ бен ауаның жеке-жеке берілуіне байланысты
мүмкін емес.
Орнықты жану аймағы толық жануға
қажетті газ бен ауа мөлшері стехиометриялық қатынаста
болатын беткейде орын алады.
Жану процесі жанғыш газдың көбірек
аймағында орын алды деп есептейік. Бұл жағдайда газдың
жанбаған бөлігі алаусыз кеңістікке ұмтылады, сол жерде
жану аймағына келетін оттегінің бір бөлігімен кездесіп жанып
кетеді. Яғни, жану аймағы деп есептелінетін аймаққа
келетін оттегі азаяды да, керісінше газдың мөлшері көбейеді.
Сондықтан бұл аймақты орнықты жану аймағы деп
есептеуге болмайды.
Енді жану процесі оттегі ең көп аймақта
орын алады деп ұйғарайық. Мұнда реакцияға
қатыспаған оттегі алаудың ішіне қарай диффузияның
әсерінен ұмтылады да, осы аймақтағы газбен
қосылады, сол кезде газдың мөлшері азаяды да, бұл аймақты
да орнықты жану аймағы деп ұйғаруға болмайды.
Осыдан диффузиялық жану тек қана газбен оттегінің
қоспасы стехиометриялық құрамға сәйкес
беткейде ғана мүмкін болатыны белгілі. Осы ұйғарым
газдың ламинарлық та және турбуленттік диффузиялық
жануына да орындалады.
Химиялық реакция жылдамдығы жалын шебінде
әдетте тым жоғары және жанғыш қоспа компоненттерінің
жету жылдамдығымен салыстырғанда өте үлкен.
Сондықтан диффузиялық жану жылдамдығы газ бен оттегінің
диффузияның әсерінен жану аймағында араласу
жылдамдығымен анықталады.
Осыдан ламинарлық диффузиялық алаудың
ұзындығын болады. Жандырғыш осіне дейінгі оттегінің
диффузиялану уақыты келесі формуламен анықталады
(4.1)
Осыдан ламинарлық диффузиялық алаудың
ұзындығы газдың осы уақыт ішінде өтетін
аралығы ретінде анықталады.
, (4.2)
мұндағы R – жандырғыш радиусы, м;
D – молекулярлық диффузияның коэффициенті, м2/с;
W – газ ағынының жылдамдығы, м/с;
- жандырғыш осіне дейінгі диффузия
уақыты, с.
Дөңгелек жандырғышқа берілетін
газ көлемі V~WR2, сондықтан дөңгелек жандырғыш
үшін
~
~
, (4.3)
яғни ламинарлық диффузиялық
алаудың ұзындығы ағын жылдамдығына,
жандырғыш радиусының квадратына тура пропорционал және
диффузия коэффициентіне кері пропроционал болады. Берілетін газдың
көлемдік шығыны тұрақты болған жағдайда
алаудың ұзындығы ағын жылдамдығы мен диаметрге
тәуелді болмайды. Газдың жану жылуы, жануға қажетті ауа
мөлшері ұлғайғанда, артады да, алау
ұзындығы өсе бастайды.
Турбуленттік диффузиялық жану кезінде араласу
молекулалық және молярлық диффузия есебінен жүреді.
Сондықтан турбуленттік алаудың структурасы тұтану және
жану аймақтарынан құралады, осы аймақтарды
стехиометриялық құрамы бар қоспа пайда болатын
геометриялық нүктелер жиыны ретінде қарастыруға болады.
Сонымен қатар турбуленттік алаудың турбуленттік
пульсациялардың әсерінен ыдырап кететін, мольдер
жиынтығының жану процесі аяқталатын бөліктері де
кіреді.
Турбуленттік ағыншаның мынадай
қасиеттерін ескерейік.
Турбуленттік диффузия коэффициенті ағын
жылдамдығы W0 және саптама диаметрі d0 - ге пропорционал болғандықтан, тұтану аймағының
ұзындығы - Lзн ағын жылдамдығына тәуелсіз болады. Ол
тек қана стехиометриялық сан m және қоршаған ортадағы О2 –
концентрациясына тәуелді болады. Яғни тұтану
аймағының ұзындығын мына функция арқылы
көрсетуге болады
,
(4.3)
мұнда m – стехиометрлік сан, оның мәні оттегінің теориялық
шығынының жануға қатысатын газдың бірлік
массасына қатынасына тең;
О2
– қоршаған ортадағы оттегінің массалық
концентрациясы.
Жандырғыш құрылғыда
қалалық газ (пропан-бутан қоспасы) жағылатын болса,
онда турбуленттік диффузиялық алаудың өлшемсіз
ұзындығын табу үшін С. Н. Шорин мен О. Е. Ермолаевтың
тәжірибеден алынған формуласын қолдануға болады
, (4.4)
мұндағы g – еркін түсу үдеуі;
ν – кинематикалық тұтқырлық шамасы;
D – молекулалық диффузия коэффициенті.
Алау ұзындығына жандырғыш
құрылғының конструкциясы мен бу генераторында отынды
жағуды ұйымдастыру тәсілі қатты әсер етеді.
Сонымен қатар, турбуленттік алаудың жану шебі айқындалмаған,
толқынға ұқсас, бірнеше бөліктерге
шашыраған және нашар орныққан болып көрінеді.
Диффузиялық жануға химиялық
тұрғыдан қарастырғанда толық жанбау ерекшелігі
тән.
4.3 Эксперименттік қондырғы сипаттамасы
Эксперименттік қондырғы сызбасына
сәйкес диффузиялық жандырғыш үлгісі
жандырғыштың өзінен - (5), кеңейту камерасынан – (3),
координата анықтағыштан – (7) тұрады. Желдеткіштен берілетін
ауа кеңейту камерасы арқылы өтеді, онда электр
қыздырғыш – (4) көмегімен
ысып, жандырғышқа жіберіледі. Салқын ауа
жандырғышқа регистр – (6) арқылы беріледі, онда ауа
ағыны бұрмаланады да, қоршаған ортаға
жандырғыш шетіндегі сақина тәріздес саңылаудан
шығады. Жандырғыш регистрінің күрекшелерінің
бұрылу бұрышын өзгерткен кезде ауа ағынының
бұрылу дәрежесі де өзгереді. Салқын ауа мен ыстық
ауа шығындары өлшенеді. Қыздырғыштың қуаты
трансформатор арқылы реттеледі. Координата анықтағышта – (7)
орналасқан хромель-алюмель термопарасы көмегімен температуралар өрісі өлшенеді.
потенциометрге y
z
7
x
V
2 3 4 5
V
1
6
8
~220 V
1,
2 – шығынды өлшегіш вентилдер мен анықтағыштар, 3 –
кеңейту камерасы,
4
– қыздырғыш, 5 – жандырғыш құрылғылар, 6 –
жандырғыш регистрі,
7
– координатаны анықтағыш, 8
– зертханалық автотрансформатор
4.1 – сурет. Тәжірибелік қондырғы
сипаттамасы
4.4 Тәжірибені жүргізу және
нәтижелерді өңдеу әдістемесі
Тұтану аймағында газ бен оттегінің
концентрациялары толық жануға лайықты стехиометриялық
қатынаста болғандықтан, жандырғыш аэродинамикасын
сипаттағанда жалын шебін температурасы келесі формуламен анықталатын
изотермиялық бет ретінде қарастырады
, (4.6)
мұнда t0, t2 –
жандырғыш мұрнына кіретін ыстық және салқын ауа
температуралары;
C0, C2, Cсм – келесі t0, t2, tсм
температуралардағы ауаның изобаралық
сыйымдылықтары;
Vº – берілген газ тәріздес отынға лайықты
ауаның қажетті теориялық көлемі.
Егер газдар сыйымдылығының
температуралық тәуелділігін ескермейтін болсақ, онда
бұл өрнекті ықшамдап келесі түрде көрсетуге
болады
. (4.7)
Жұмысты орындауды және нәтижелерді
өңдеуді келесі тәртіппен жүргізу қажет:
4.4.1 Жандырғыштан шығатын ағын турбуленттік болуы
үшін, Рейнольдс санының мәні Re = W0d0 / ν > 5*103
болуы керек, сондықтан желдеткіштен берілетін ауа шығынын 1
вентилдің көмегімен реттеу қажет.
4.4.2 4 – ші қыздырғышты қосып, стационарлық
күй орныққанша күту
керек.
4.4.3 Стационарлық күйдегі температуралар өрісін
анықтап, сосын берілген газ тәріздес отын үшін (4.6)
формуласы бойынша жану аймағы мен алау ұзындығын
анықта. Температуралар өрісін X – осі бойынша (жандырғыш осі)
әртүрлі 7-8 қимада анықтау керек. X – осі бойынша
қадамды анықтау үшін, алдын-ала (4.1) формуласы бойынша алау
ұзындығы Lф – мәнін анықтау керек, сонда 
. Ордината осі бойынша қадамның шамасы былай
анықталады. Алаудың жартылай енінде температураның 4-5
өлшенген мәндері болуы керек.
4.4.4 Регистрдің көмегімен
күрекшенің бұрылу бұрышын 20º - 30º тең
етіп қою керек. 2 – ші вентилді ашып және 1 – ші мен 2 – шіні
бұрай отырып, 1 – ші вентиль арқылы берілетін ауа шығынын
тұрақты және 2 – ші вентиль жабық болғанда
өзгермейтіндей жасауға тырысу керек.
4.4.5 Стационарлық күйге келуін күтеді. Осы күйде
4.4.1 пунктінде көрсетілгендей турбуленттік алаудың тұтану
аймағы Lз анықталады.
4.5 Жұмыс бойынша ақпарды
құрастыру керек
Ақпарда келесі
мәліметтер болуы
қажет:
4.5.1 Температуралар өрісін өлшеу қортындылары.
4.5.2 Берілген газ тәріздес отын үшін tз.в-ның
есептелінуі.
4.5.3 X-Y координаталарында тұтану аймағын графикпен бейнелеу.
4.5.4 Газ шығынын өлшеу қортындылары және
алынған қортындылары талдау.
4.1 – кесте Мәліметтерді
байқау мен өңдеу протоколы
|
х, мм |
у, мм |
Т, 0С |
W0, м/с |
W1, м/с |
Re |
L, м |
Lср,
м (7.5)б-ша |
Lз.в,
м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.6 Бақылау сұрақтары
4.6.1
Жалын шебінің анықтамасын бер. Диффузиялық жанудың
аймақтары. Диффузиялық жану.
4.6.2 Оттегінің диффузиялық жану уақыты ламинарлық
диффузиялық жалын ұзындығына әсер ете ме? Қалай
әсер етеді?
4.6.3 Ламинарлық және турбуленттік жану түрлері.
Табиғи газды үйде жағу
ламинарлық немесе турбуленттік диффузиялық жануға жата
ма?
4.6.4 Жалын ұзындығының анықтамасын бер.
Тұтану аймағы ұзындығы қандай параметрлерге
тәуелді? Оны қалай ұзартуға болатындығын
түсіндір.
4.6.5 Алау ұзындығы бойынша температураның таралуы
(үлгілі графикті нақты процесс графигімен салыстыр).
4.6.6 Алау ұзындығы бойынша нақты температура таралымы
бар үлгінің кемшіліктері және артықшылықтары.
4.6.7 Газдарды жағу үшін қажетті жандырғыш
құрылғылар түрлері. Зертханалық жұмыста
қолданылған жандырғыш қандай түрге жатады?
№5 Зертханалық жұмыс
Қазан
қондырғысының ошақ камерасындағы қатты отын
бөлшектерінің қызу динамикасы мен термиялық ыдырауын
анықтау
5.1 Жұмыстың
мақсаты
Қатты отынның
жануының физика-химиялық негіздері мен қазан
қондырғысының ошақ камерасында жағудың жылулық
тәртібі тарауы бойынша алынған студенттердің білімдерін
бекіту, қатты отын бөлшектерінің қызу динамикасы мен
термиялық ыдырауын инженерлік есептеуге
үйрету.
5.2 Теориялық кіріспе
Қазіргі кездегі
қазандар ошақтарындағы қатты отын
бөлшектерінің қызуы осы бөлшектер мен
ошақтағы газдар ағыны арасындағы конвекциялық
жылу алмасу есебінен жүреді.
Жоғары
бағытталған газ ағыны ішіндегі бөлшектің
салыстырмалы жылдамдығы, оған әсер ететін барлық
күштердің тепе-теңдігі болған жағдайда,
оның қалықтау жылдамдығы деп аталады. Ұсақ
көмір бөлшектерінің қалықтау жылдамдығы
өте аз, сондықтан олар ағынмен бірге қозғалады.
Рейнольдс шарттамасының мына мәндеріндегі, 0,05 £ Re £ 100 бөлшектің
салыстырмалы жылдамдығын келесі эмпирикалық фомуламен
анықтауға болады
, (5.1)
мұндағы,
Sch- Шиллер шарттамасы, Sch = wв
;
Ал Kі деп - Кирпичев
шарттамасы белгіленген, Kі = 
;
мұндағы 
-
бөлшектердің және газдың ағынының
тығыздықтары,
кг/м3;
g - еркін түсу үдеуі, м/с2.
Re шарттамасының берілген диапазоны үшін қызған
газбен бөлшек арасындағы жылу беру коэффициентін келесі
қатынастан анықтауға болады
Nu = 
(5.2)
Уақыт бойынша бөшек температурасының
өзгеруін, ағын температурасы тұрақты болған
жағдайда, тек қана конвекциялық жылуалмасу
құраушысын ескерсек және бөлшектің радиусы
бойымен (Bi<<1) температура градиенті жоқ болады деп
ұйғарсақ, келесі жылу балансы теңдеуінен табуға
болады
(5.3)
Осыдан шар тәріздес бөлшектің
температурасы үшін келесі өрнекті аламыз
T4 = Tr - (Tr - T40) exp (- 
(5.4)
мұндағы T4,Tr - бөлшек және газ ағыны температуралары, K;
С
- бөлшектің жылусыйымдылығы, Дж/(кг·K);
п - газдың жылуөткізгіштігі, Вт/
(м·К);
- уақыт,
с.
Қызу процесі кезінде бөлшектің
тұтануына дейін ұшпа заттардың бөлінуі басталатын,
органикалық отынның термиялық ыдырауы болады. Бұл
заттардың құрамына CH4, H2, CO сияқты
жанғыш құраушылардың біршамасы, сондай-ақ
әртүрлі шайырлар, қышқылдар және басқалары
кіреді.
Ұшпа заттарың шығу кинетикасы олардың бастапқы
материалдағы құрамына және белгілі топтардың
байланысының үзілу жылдамдығына тәуелді.
Изотермиялық жағдайда, 
уақыт
мезгілінде бөлінетін ұшпалардың қосынды көлемі V келесі формуламен анықталаы
V = V0
, (5.5)
мұндағы, V0 – термолиз
процесі толық аяқталғанда бөлінеті,
ұшпалардың қосынды шығуы , %;
C0I – белгілі i-ші ұшпа
топтың сандық сипаттамасы, сонда 
. Инженерлік есептеулер үшін бір құраушылы
есептеу сүлбесін пайдалануға болады. Сонда, тұрақты
температура кезіндегі ұшпалардың салыстырмалы шығуы (5.5)
формуладан, n = 1 болғанда табылады.
(5.6)
ал, егер T4 = f(
) болғандағы изотермиялық емес
жағдайларда
(5.7)
Егер, қатты отынның органикалық
массасының термиялық ыдырауына және ұшпалардың
шығуына, бөлшектерге келтірілген жылу шығындалмайды делік,
сонда бөлшектердің қызуын және ұшпалардың
шығуын бір-бірінен тәуелсіз, бірақ бір мезгілде жүретін
процестер деп есептеуге болады. (5.7) формуласы бойынша ұшпалардың
шығуын жуықтап есептеу келесідей жүреді. (5.4) шешімінен
бөлшектің жанып болу температурасының қисығын n аралықтарға бөледі. Әрбір аралықтағы
температура тұрақты және интервалдың басы мен
аяғындағы температуралардың жартылай қосындысына
тең. Изотермиялық жағдай үшін бір интервалға
сәйкес ұшпалардың шығуы 
(5.6) формуласымен анықталады.
Сонда 
уақытында
ұшпалардың қосынды шығуы
(5.8)
5.1 – кесте Ұшпалардың шығуын есептеу
үшін қажетті қозғалыс көрсеткіштері Е, K0
|
Отын |
V0 ,
% |
E, мДж/кмоль |
K0,
м/с |
|
Ағаш |
83.6 |
30 |
0.416 |
|
Шымтезек |
72.5 |
39.4 |
35 |
|
Қоңыр
көмір |
31 |
- |
- |
|
Тақтатас |
91.5 |
- |
- |
|
Тас көмір |
25 |
56.1 |
178 |
|
Кокс
көмір |
20 |
56.9 |
131.8 |
|
Арық
көмір |
10 |
60.6 |
212 |
Қыздырылған газдардың температурасы ТГ
ретінде алаудың орташа әсерлі температурасын Тф аламыз.
Бұл температураны алаудың ұзындығы бойымен тұрақты шартты
температура деп түсінеміз. Сонда ошақтағы жылуалмасу
және жану құбылыстарының ең соңғы
көрсеткіштері алаудың ұзындығы бойымен газдардың
температуралары нақты таралған кезіндегідей мәндерге ие
болады. Егер өлшемсіз температураны
ӨФ = ӨГ = ТГ / Та; σг″ = Т″г / Та
және ошақ құтысындағы температуралардың
максимумын анықтайтын өлшемсіз координатаны Zм енгізсек, сонда Zм = ℓм
/ d (мұнда d - жандырғыш
диаметрі (сипаттық өлшем), Та - жанудың
теориялық температурасы, Т"Г -ошақтан
шыққан газдың температурасы) сонда, кинетикалық
және диффузиялық жану аймақтарындағы Өф шамасы
негізінен Ө"Г және Zм-ге
тәуелді
Өф = f (Ө"м, Zм)
(5.9)
6.1 – сурет. Өф = f (Ө"м, Zм)
тәуелділігінің графигі
Алаудың орташа температурасын анықтау
үшін, есептеулерді жеңілдету және қарапайымдату
мақсатымен аралық аймақтағы алаудың орташа температурасын
да осы графиктен табады.
Қатты қож шығаратын ошақта
антрациттер мен көмірлердің тозаңын жағу үшін
тәжірибелік мәліметтер бойынша Zм мәні
0,3-ке жақын. Тас көмірлер мен қоңыр көмір
шаңдарын жаққанда, сондай-ақ сұйық
қож шығаратын режимде жұмыс жасайтын, жылулатылған
мойыны бар ошақтағы антрациттердің тозаңын
жаққанда Zм шамасы (0,15 - 0,25) сандарынан біраз төмен
мәндерді қабылдайды.
Ошақ құтысында жану
өнімдерінің болу уақытын келесі теңестік
қатынастан табылады
. (5.10)
Отын бөлшектерінің қалықтау
жылдамдығының аздығынан бұл уақыт іс
жүзінде ошақтағы көмір шаңы
бөлшектерінің болу уақытына немесе толық жанып біту уақытына
тең.
5.3 Жұмысты орындау тәртібі және
есептеу мәліметтерін өңдеу
Бұл жұмыстың мақсаты
қазандық қондырғының ошақ
құтысында белгілі
қатты отын бөліктерінің жану қозғалысын
есептеп шығару, қызу уақытын және
ұшпалардың шығуын анықтау және оларды
бөлшектердің жанып біту уақытымен салыстыру.
Есепті келесі тәртіпте жүргізген
жөн
5.3.1 Өлшеусіз температуралар Ө"Г
мәнін есептеу, ал отынның түрі бойынша Zм мәнін
табу. (5.9) функциясының графигін пайдалана отырып алаудың орташа
әсерлі температурасын Өф табады. Содан кейін
газдардың орташа температурасын Тг тауып, оны отын
бөліктерінің қызу және жану құбылысында
тұрақты қолданады және сол бойынша ошақтағы
газдардың барлық көрсеткіштерін таңдайды (ν,λп,ρп
және т.б.).
5.3.2 (5.1) қатынасы бойынша Кирпичев Кі
және Шиллер Sch шарттамаларын
есептейді. Sch шарттамасының мәні бойынша
ағындағы бөлшектер қозғалысының
салыстырмалы жылдамдығын WВ табады.
5.3.3 Re = WВδ / ν шарттамасын анықтап, (5.2) қатынасы бойынша Nu мәнін және α жылуберу коэффициентін табады.
5.3.4 (5.4) қатынас бойынша кез-келген уақыт
мезгілдері үшін бөлшектер температураларының Тб
мәнін анықтайды. Уақыт қадамының мәні 
= 0,1 с. Есепті
бөлшектің температурасы Тбх = 1200ºС
болғанға дейін жүргізеді. Есепте бөлшектердің С
жылу сыйымдылығын орташа температура Тор = 1/2(Тбо
+ 1200) кезінде (5.11) формуласымен анықтайды.
5.3.5 Т4 = f(
)
тәуелділігінің графигін тұрғызады. Температура
өзгерісінің Тбо-ден Тбк-ға дейін
бүкіл аралығын 6-7 бөліктерге, температуралар айырымы басынан
аяғына дейін 
Тбі бірдей болатындай етіп бөледі және
Тбі интервалының орташа температурасын және і-ші
интервалдағы Δτi қызу
уақытын табады (5.6) формуласы бойынша, оны түрлендірген кезде
әрбір интервалдағы ұшпалардың салыстырмалы
шығуын табады.
5.3.6 Осы мәліметтер бойынша (5.8) қатынасын
пайдаланып 
табады және осы
функцияның графигін тұрғызады. Графиктен қызудың
басынан ξп = 90 % болғанға дейінгі уақыт
аралығын τп табады.
5.3.7 (5.10) формуласы арқылы
бөлшектердің жанып біту уақытын 
және
ұшқындардың шығуының салыстырмалы
ұзындығын анықтайды.
tл =
Есепке қажетті мәліметтер 5.2 – кестесінен
алынады.
5.2 – кесте Есептің
нұсқалары
|
Атауы |
өлшем бірлігі |
Тапсырма
нұсқалары |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
||
|
Қазан
түрі |
|
ТП-109м |
ТПЕ-211 |
ТП-81 |
ТП-87-1 |
|
Отын |
|
Таскөмір
өнеркәсіп өнімдері |
Арық
көмір |
Қарағанды
кө-мірімен байы-тылған қалдық |
АШ |
|
Қазан
жүктемесі |
т/сағ |
|
|
|
|
|
Төменгі
жану жылуы |
КДж/кг |
17166 |
22659 |
18506 |
26163 |
|
Отын
шығыны |
Кг/с |
33.97 |
25.63 |
16.9 |
12.83 |
|
Ошақ
көлемі |
м3 |
3810 |
2х2384 |
2218 |
2180 |
|
Ошақ
көлемінің жылулық кернеуі |
кВт/м3 |
151,2 |
123,3 |
141,3 |
147,4 |
|
Жанудың
теория-лық температурасы |
ºC |
1968 |
1927 |
2029 |
2046 |
|
Түтін
темпе-ратурасы |
ºC |
1121 |
1101 |
1110 |
1228 |
|
Отын
бөлшек-терінің бастапқы температурасы |
ºС |
320 |
370 |
300 |
380 |
|
Бөшектер
тығыздығы |
кг/м3 |
1750 |
1600 |
1670 |
1550 |
Бөлшектердің
құрғақ салмағының меншікті жылу
сыйымдылығын
Ср = Счо +
209·10-6 Т4 ,
(5.11)
тең деп аламыз.
Мұндағы Счо =
0,922 кДж/кг АШ және Т үшін, 1,09 - тас көмір
үшін, шымтезек, қоңыр
көмір үшін - 1,13.
5.4 Жұмыс бойынша
ақпарды құрастыру
Ақпарда есептеудің
нәтижесі кестеге толтырылуы керек, сондай-ақ Т4 = f(
) және 
графиктерінің
өзгерісі, tл есептеуінің нәтижесі, жұмыс бойынша қысқаша қортынды болуы керек.
Тапсырма нұсқалары
бойынша жұмысты орындау үшін, алдын-ала бастапқы
мәліметтерді дайындау керек, яғни ошақ газдарының
орташа температурасын, ұшпалардың жылу физикалық
қасиеттерін, жылу беру коэффициентін, қозғалыс параметрлерін
анықтап, кестеге енгізу керек. Төменгі көрсетілген кесте
түрін пайдалану керек.
5.4 – кесте
Мәліметтерді өңдеу
|
|
Т4, ºС |
Т4і, ºС |
|
|
|
|
tл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, с
л, с
5.5 Бақылау
сұрақтары
5.5.1 Химиялық әсерлесу
процесінің жалпы сызбасын айтып беру.
5.5.2 Жану құбылысының
математикалық моделін сипаттау.
5.5.3 Ұсақ бөлшектердің
жанып біту қозғалысының ерекшелігі неде?
5.5.4 Ірі бөлшектердің жану
құбылысы.
5.5.5 Екі өлшемді турбуленттік
ағыншадағы монодисперсті шаңының жану
құбылысын сипаттайтын теңдеулер жүйесін келтір.
5.5.6 Шаң тәріздес отынды жағуды
үдетудің негізгі шарты қандай ?
Әдебиеттер
тізімі
1. Хзмалян
Д.М., Каган А.Я. Теория горения и топочные устройства. – М.: Энергия, 1976.
2. Белосельский
Б.С., Соляков В.К. Энергетическое топливо. – М.: Энергия, 1980.
3. Померанцев
В.В. и др. Основы практической теории горения. – М.: Энергия , 1986.
4. Теплотехнический
справочник. Т.1. Под ред. В.Н. Юренева и П.Д Лебедева. – М.: Энергия, 1987.
5. Васильченко
Л.Ю.Специальные вопросы сжигания топлива. Методические указания к лабораторным
работам. – Алматы:
АИЭС, 2002.-25 с.
Мазм±ны
Кіріспе................................................................................….......................................3
Зертханалыќ ж±мыс
№1...............................................…...........................................3
Зертханалыќ ж±мыс
№2...............................................…...........................................7
Зертханалыќ ж±мыс
№3.........................................…...............................................10
Зертханалыќ ж±мыс
№4..............................................…..........................................14
Зертханалыќ ж±мыс
№5...............................................….........................................19
Єдебиеттер
тізімі..........................................................….........................................26
2004ж. жиынтық жоспары,
реті___7___
Сауле Қианбекқызы Әбілдинова
Людмила Юрьевна Васильченко
ЖЫЛУ
ЭЛЕКТР СТАНЦИЯЛАРЫ МЕН ӨНЕРКӘСІП ОРЫНДАРЫНДА
ОТЫНДЫ ЖАҒУДЫҢ
АРНАЙЫ СҰРАҚТАРЫ
Зертханалық
жұмыстарғды орындауға әдістемелік нұсқаулар
(Жылуэнергетика
мамандығының студенттері үшін)
Редакторы Ж. А.
Байбураева
Басуға қол қойылды ____________ Қалпы
60х84 1/16
Таралымы ________50_______ экз. № 1 баспаханалық қағазы
Көлемі 1.7 оқу есепті баспа табақ. Тапсырма ____. Бағасы_54_ тг.
Алматы
энергетика және байланыс институтының
көшірмелі-көбейткіш бюросы
480013 Алматы, А. Байтұрсынұлы көшесі,
126 үй.