fun pic fun notes

گذارش کار ازمایشگاه برای دانشجویان

مقدمه

انتقال حرارت به روش جابجایی هنگامی صورت می گیرد که گاز یا مایعی با جسم جامدی در تماس مستقیم باشد، از آن حرارت گرفته یا به آن حرارت بدهد.

جابجایی به دو صورت انجام می شود، جابجایی آزاد (free convection) و جابجایی اجباری (forced convection). در جابجایی آزاد روند جابجایی تنها به دلیل بروز اختلاف چگالی لایه های مختلف سیال در اثر تغییر دمای آن صورت می گیرد. اما در جابجایی اجباری نیروی خارجی وارد شده بر سیال (مانند وزش باد، استفاده از بادزن، پمپ یا دمنده) باعث جابجایی مولکول های سیال و در پی آن انتقال حرارت می شود.

هدف آزمایش:

هدف آزمایش بررسی پدیده انتقال حرارت جابجایی اجباری درون لوله در جریان آشفته و اندازه گیری ضریب اصطکاک، ضریب انتقال حرارت هوا به دیواره و ضریب انتقال حرارت هوا به آب می باشد. ودر انتها صحت آنالوژی کلبرن بررسی می شود.

تئوری:

شدت انتقال حرارت جابجایی را می توان از رابطه زیر محاسبه نمود:

q=hA(T_سطح-T_مبنا)

زمانی که سیال درون لوله جریان دارد دما در جهت شعاعی و طولی تغییر می کند. به علت مشکل بودن محاسبه دمای مرکز لوله در هر مقطع خاص،دمای توده ای (T_b) را بعنوان دمای مبنا به کار می بریم. دمای توده ای سیال درون لوله عبارتست از دمایی که اگر سیال پس از گذشتن از مقطع مورد نظر به طور آدیاباتیک در خود آمیخته شود، به آن دما برسد.

اگر سیال با دمای توده ای T_bi وارد و با دمای توده ای T_bo از لوله ای با طول L خارج شود حرارت افزوده شده [T_w>T_b] به سیال عبارت است از:

q=mc_p(T_bo-T_bi)

از طرفی حرارت منتقل شده به سیال به روش جابجایی از دیواره لوله عبارت است از:

q=hA(T_w-T_b)_{av   ==>} mc_p(T_bo-T_bi)=hA(T_w-T_b)_av

ð  hA(T_w-(T_bo+T_bi)/2)=m'c_p(T_bo-T_bi)

اثر عدد رینولدز در انتقال حرارت:

برای یک سیال مشخص عدد ناسلت بستگی به شرایط جریان دارد که توسط عدد رینولدز بیان می شود. ضرایب انتقال حرارت در جریان آرام نسبتا کوچک هستند. در جریان گذرا به وسیله جریان های گردابی آمیختگی بیشتری پیش می آید و انتقال حرارت بیشتر می شود. بنابراین برای اعداد Re>2100 حتی در یک مقیاس کوچک، میزان انتقال حرارت افزایش چشمگیری خواهد داشت.

اثر عدد پرنتل در انتقال حرارت:

عدد پرنتل تنها تابعی از خواص سیال است و برابر است با:

Pr=υ/α=c_pµ/k

عدد Pr ارتباط توزیع دما و توزیع سرعت و همچنین نسبت ضخامت لایه مرزی حرارتی و حرکتی را مشخص می کند.

.

-        ضریب اصطکاک:

ضریب اصطکاک فقط به Re بستگی دارد و مستقل از زبری لوله، برای جریان آرام توسعه یافته می باشد (f=64/Re) اما برای جریان آشفته، f علاوه بر Re  ، به زبری سطح داخلی لوله نیز بستگی دارد. f را می توان از دیاگرام مودی بدست آورد.

f با توجه به افت فشار نیز قابل محاسبه است:

ΔP=f(L/D) (ρu²_m/2)

تشابه کلبرن:

رابطه زیر تشابه کلبرن برای جریان آشفته داخل لوله می باشد اگر Pr=1 باشد:

St=h/(ρc_pu_m)=Nu/(Re.Pr)=f/8       (Pr=1)

در مورد سیالاتی که عدد پرنتل آنها مخالف یک باشد رابطه بالا بصورت زیر در می آید:

St.Pr^⅔=f/8

از تشابه کلبرن که رابطه ای است بین انتقال حرارت و ضریب اصطکاک لوله برای بدست آوردن روابط تجربی انتقال حرارت در داخل لوله استفاده می شود.

شرح دستگاه:

دستگاه از قسمتهای زیر تشکیل شده است:

1-  دمنده سانتریفوژ

2-  کنترل کننده دبی هوا، که روی ورودی هوا نصب شده است.

3-  دبی سنج (Orifice Plate) و مانومتر مربوط به آن.

4-  لوله استیل  ID=64.2 mm

5-  لوله مسی  ID=32 mm به طول 1200 mm که به طورت الکتریکی گرم می شود.

6-  18 مقاومت الکتریکی گرم کننده با توان کلی  2 kw

7-  12 ترموکوپل برای اندازه گیری دمای هوا، آب و دیواره

8-  Pitot tube و مانومتر برای اندازه گیری سرعت محلی هوا (با استفاده از اختلاف فشار)

9-  مانومتر دیفرانسیلی برای اندازه گیری افت فشار ناشی از اصطکاک در لوله مسی به طول 1700 mm

10-                     مبدل حرارتی هوا به آب، متشکل از لوله مسی داخلی با ID=32 (میلیمتر) و پوسته استوانه ای با ظرفیت حرارتی معادل با 1kg آب.

11-                     صفحه نشان دهنده مقاومت الکتریکی، دمای توموکوپل ها، توان دمنده، ولت و آمپر جریان می باشد.

12-                     صفحه مانومتر که فشار نسبی خروجی دمنده، افت فشار orifice، افت فشار لوله مسی و اختلاف فشار کل و فشار استاتیک را در pitot tube، نشان می دهد.

شرح آزمایش:

قبل از روشن کردن گرم کن، دماها را یادداشت می کنیم، سپس گرم کن را روشن می کنیم و هر دو دقیقه دماها را می خوانیم، تا وقتی که دستگاه steady state شود. در زمان های مورد نظر فشارها را نیز خوانده و دستگاه را خاموش می کنیم، هر دو دقیقه دما و فشار را می خوانیم تا steady  شود.

با استفاده از روابط زیر محاسبات را با توجه به نتایج بدست آمده از آزمایش انجام می دهیم:

      بدست آوردن دبی هوا با استفاده از orifice plate:

m'=kA_d√(2ρΔP_d)

k=0.67

A_d=πd²/4   (d=40 mm)

ρ=P/(RT)     

-          محاسبه خصوصیات عملکرد دمنده:

V= 3600 m'/ρ

-          محاسبه افت فشار ناشی از اصطکاک:

f=ΔP_t/((L/d)ru²/2)

{ L=1700 mm      , d=32 mm        , u=4m'/(πd²ρ) }

f=0.316 Re^-0.25

-          محاسبه ضریب انتقال حرارت جابجایی هوا به دیواره:

h_ap=mc_p(T₈-T₁₂)/(πdLΔT_ap)

ΔT_ap={(T₂-T₁₂)+(T₆-T₈)}/2

-          محاسبه ضریب انتقال حرارت جابجایی هوا به آب:

H=Q/(πdLΔT_av)

ΔT_av=½(T₈+T₉)-T₁₀

Q=c(T_10f-T_10i) m

تحلیل نمودار گرمایش T8 ، T9 ، T10 بر حسب t

T₈ : دمای هوای ورودی به مبدل

T₉ : دمای هوای خروجی از مبدل

T₁₀: دمای آب

منحنی T₈ ، T₉ تقریبا مشابه اند. دمای آب (T₁₀) به T₈ و T₉ نزدیک می شود اما برابر نمی شوند. (هر سه نمودار دارای سیر صعودی اند تا به حالت steady state می رسند.)

تحلیل نمودار گرمایش T1-T7 ، T12 ، T11 بر حسب t

دماهای T_1-T₇ ، دمای لوله مسی در نقاط مختلف می باشند، که از رابطه زیر تبعیت می کنند:

T(t)=T_f+(T_o-T_e).exp(-t/ τ)

در این رابطه T_f دمای نهایی در حالت steady state ، T_o دمای اولیه و τ ثابت زمانی به صورت گرافیکی از برخورد مماس نمودار (در نقطه شروع منحنی) و خط y=T_f بدست می آید. با توجه به نمودار مشاهده می شود که منحنی های T₁-T₇ بر حسب زمان صعودی و بصورت exp می باشند و از رابطه بالا تبعیت می کنند.

T₁₁ ، T₁₂ تقریبا ثابت هستند. T₁₁ دمای هوای ورودی است و T₁₂ دمای ورودی لوله مسی می باشد که چون در این قسمت هیتر هم نداریم، تقریبا ثابت است.

تحلیل منحنی سرمایَش T8 و T9 و T10 بر حسب t:

این منحنی مشابه منحنی گرمایش می باشد، منحنی گرمایش صعودی است ولی منحنی سرمایش نزولی است تا steady state شود.

تحلیل منحنی سرمایش T1-T7 و T11 و T12 بر حسب t:

مشابه حالت قبل T₁₁ و T₁₂  تقریبا ثابت هستند.

T₁-T₇ نيز از رابطه exp تبعيت مي كنند و سير نزولي دارند (به علت خاموش شدن هيتر)

   محاسبات:

بدست آوردن دبي هوا :

r=PM/(RT)         ,    m'=kAdÖ(2rDP_d)

P_m=(680+38)*101325/760=95725.5 pa

r=95725.5/(287(273+½(33+45)))=1.069 kg/m³

m'=0.0434 kg/s

بدست /اوردن خصوصيات عملكرد دمنده:

v=3600 m/r=3600*0.0434/1.069=146.15

بدست آوردن افت فشار ناشي از اصطكاك :

f=DP_t/((L/d)ru²/2)

r=PM/(RT)=95725.5/(287(273+½(44+57)))=1.03 kg/m³

u=4m/(pd²r)=4*0.0434/(p(0.032)²(1.03))=52.36

ð  f=0.025

محاسبه ضريب اصطكاك لوله صاف:

f= 0.316 Re^-0.25

Re=rud/m

T=273+(44+57)/2=323.5 °k ==> m=1.9514*10^-5 kg/(ms)

ð  Re= 1.03*52.36*0.032/(1.9514*10^-5)=88438.33

ð  f= 0.316 (88438.33)^-0.25=0.018

ضريب اصطكاك با استفاده از دياگرام مودي‌:

e=0.05 ==> e/d=0.05/32=0.00156

با داشتن Re و e/d ،  f را از دياگرام مودي مي خوانيم:

f=0.022

محاسبه ضريب انتقال حرارت جابجايي هوا به ديواره:

h_ap=mc_p(T₈-T₁₂)/(pdLDT_ap)

DT_ap=((T₂-T₁₂)+(T₆-T₈))/2=34.5

C_p=1.007*10³ J/(kg°C)

ð  h_ap=0.0434*1.007*10³*(57-45)/(3.14*0.032*1.7*32.5)

ð  h_ap=99 W/(m²°C)

محاسبه ضريب انتقال حرارت جابجايي هوا به آب:

DT_av=½(T₈+T₄)-T₁₀=½(57+55)-53=3 °c

Q=mcDT=1*4.2*(53-24)=121800 J

Q=Q/t=121800/(60*35)=58 J/s=58 W

ð  H=Q/(pdLDT_aw)=58/(p*0.032*0.76*3)=253.2 W/(m°c)

براي آنالو‍‍ژي كلبرن:

St=h/(rc_pu)=Nu/(Re.Pr)=f/8

==> h=(f/8)rc_pu=(0.025/8)(1.007*52.36*1.03)

==> h=169.7 W/(m²°c)                                                                                                         

گزارش آزمایش انتقال حرارت به روش جابجایی اجباری

استاد محترم:                                    

جناب آقای دکتر ابوالفضلی اصفهانی

اعضای گروه:                                 

زهرا دشتی زاده،فرساد رحمانی،حمید رضا صغیر،محمد رضا کیانی  فر

فهرست:

مقدمه.....................................2

هدف آزمایش.................................2

اثر عدد رینولدز در انتقال حرارت............2

اثر عدد پرنتل در انتقال حرارت..............3

اثر ورود جریان در انتقال حرارت.............3

ضریب اصطکاک...............................3

تشابه کلبرن.................................3

شرح دستگاه.................................4

شرح آزمایش.................................4

تحلیل نمودارها...............................6

محاسبات....................................10

منابع و مآخذ..............................12

منابع و مآخذ:

دستور کار آزمایشگاه انتقال حرارت                      

مسافر: ما خیلی تشنه­ایم. من، اسب و سگم.

مرد با دست به جایی اشاره کرد و گفت: میان آن سنگها چشمه­ای است. می­توانید هرچقدر که می­خواهید آب بنوشید. مرد، اسب و سگ به کنار چشمه رفتند و تشنگیشان را فرو نشاندند. مسافر برگشت تا از مرد تشکر کند. مرد گفت هروقت دوست داشتید برگردید.

مسافر پرسید: می­خواهم بدانم نام اینجاچیست؟

- بهشت.

- بهشت؟ اما نگهبان دروازه مرمری هم گفت آنجا بهشت است!

- آنجا بهشت نیست، دوزخ است.

مسافر خیران ماند.

- باید جلوی دیگران را بگیریند تا از نام شما استفاده نکنند. این اطلاعات غلط می­تواند باعث سردرگمی زیادی شود.

- کاملاً برعکس. در حقیقت لطف بزرگی به ما می­کنند. چون تمام کسانیکه حاضرند بهترین دوستانشان را ترک کنند، همانجا می­مانند.



می­دونم تا همینجا با خوتون گفتید این داستان دروغی و غیر واقعیه! آدم وقتی مرد تشنش نمی­شه و هزار و یک حرف دیگه. اما همین رفتارهای ماهستن که تقدیر ما رو رقم می­زنن. توی همین دنیا هم شاید به خاطر خوشی­های زودگذر دوستان و نزدیکانمون رو زیر پا گذاشتیم. حتی شاید همراهانمون رو فراموش کردیم. مواظب باشیم که وقتی به دروازه جهنم رسیدیم گول نخوریم.



وینسنت پیل می­گه: هنگامی که خدا انسان را اندازه می­گیرد متر را دور قلبش می­گذارد نه دور سرش.



با امید به اینکه قلب هر کدوممون به بزرگیه اقیانوس بی­انتها باشه و یادمون نره هیچ وقت از کجا به کجا رسیدیم و چه کسانی توی زندگی و مشکلاتش ما رو یاری کردن، به خدا می­سپارمتون.



منتظر نظراتتون هستم

میلاد

Little Johnny came home from school one day and went by his mom's room. The door was open, so he looked in and saw his mom lying on the bed naked moaning and touching herself saying, "Ooh, I need a man! I need a man!"

The next day, Little Johnny got home from school and saw his mom lying on the bed naked with a naked guy on top of her. So Little Johnny ran to his room, stripped down naked, and started to touch himself, while moaning, "Ooh, I need a bike! I need a bike!"

زندگي دفتري از خاطرهاست ... يک نفر در دل شب ، يک نفر در دل خاک ... يک نفر همدم خوشبختي هاست ، يک نفر همسفر سختي هاست ،چشم تا باز کنيم عمرمان مي گذرد... ما همه همسفريم.

باغبان در را نبند من فرد گلچین نیستم، من اسیر یک گلم دنبال هر گل نیستم.

زندگي درك همين امروز است . ظرف ديروز پر از بودن توست . شايد اين خنده كه امروز دريغم كردي ، آخرين فرصت همراهي ماست.

Two guys were in a bar watching the television when the news came on. It showed a guy on a bridge that was about to jump, obviously suicidal. "I'll bet you $10 he'll jump," said the Jim.

"Bet you $10 he won't," replied Bob. Then, the guy on the television closed his eyes and threw himself off the bridge. The second guy hands the first his money.

"I can't take your money," said Jim. "I cheated you. The same story was on the five o'clock news."

"No, no. Take it," said Bob. "I saw the five o'clock news too. I just didn't think the guy was dumb enough to jump again!"

The two most common things in universe are hydrogen and bureaucracy

"Well," snarled the tough old Navy Chief to the bewildered Seaman. "I suppose after you get discharged from the Navy, you'll just be waiting for me to die so you can come and piss on my grave."

"Not me, Chief!" the Seaman replied. "Once I get out of the Navy, I'm never going to stand in line again!"

خوبه؟     بازم بیا هر روز عکس میذارم

?What is the difference between a man and childbirth
One can be terribly painful and sometimes almost unbearable while the other is just having a baby

A man approached a very beautiful woman in the large supermarket and said, "I've lost my wife here in the supermarket. Can you talk to me for a couple of minutes?"

The woman looked puzzled. "Why do you want to talk to me?" she asked.

"Because every time I talk to a woman with beautiful tits like yours, my wife appears out of nowhere"