Проект установки для дослідження теплопровідності нанофлюідів

Нормована освітленість для зорової роботи високої точності становить Ен = 400 люкс. Висота приміщення Н = 3 м, ширина В = 5 м, довжина А = 6м.

Нехай відстань від центру люстри до робочого місця hр = 2 м. Величина відстані між центрами світильників становить

м (5.9)

Кількість світильників становить

(5.10)

шт

Визначити індекс приміщення

(5.11)

При коефіцієнтах відображення стелі і стіни . Визначаємо коефіцієнт використання світлового потоку ламп:

Світловий потік виражається

(5.12)

Коефіцієнт мінімальної освітленості для люмінесцентних ламп дорівнює Z = 1.1, коефіцієнт запасу дорівнює K = 1.5.Світловий потік становить

лм.

Кількість ламп в світильнику складе 4 шт., Підбираємо необхідну лампу: лампа ЛДЦ 80, потужність електричної освітлювальної установки становить

Вт.

Таким чином, в приміщення лабораторії рекомендується обладнати електричної освітлювальної установкою з використанням чотирьох світильників ПВЛ з чотирма лампами ЛДЦ 80.

Порахуємо відхилення:

(5.13)

Розраховане відхилення знаходиться в межах норми, Д має бути в межах від -10% до + 20%.

Догляд за освітлювальними приладами

Необхідно стежити за цілісністю плафонів, періодично (раз в шість місяців) витирати пил з освітлювальних приладів. Потрібно стежити за цілісністю проводки, а також змінювати розбиті плафони.

Розрахунок вентиляції приміщення

Розрахувати продуктивність системи вентиляції в приміщенні з заданими параметрами, з урахуванням перебування в приміщенні персоналу і експериментального устаткування

Початкові дані:

а = 6 м - длина приміщення;

b = 5м - ширина;

h = 3 м - висота.

Розрахунок:

Розрахуємо обсяг приміщення по формулі:

;(5.14)

м³

Витрата повітря при надходженні надлишкового тепла визначається за формулою:

, (5.15)

Де - продуктивність системи вентиляції;

- Питома теплоємність повітря при постійному тиску;

- щільність припливного повітря;

⁰C - температура повітря, що видаляється.

Для теплого періоду року і робіт «легка 1б» (робота, виконувана сидячи, якимось чином пов'язана з невеликими переміщеннями, що не вимагає великих фізичних витрат, тепловиділення порядку 185 Вт) температура повітря повинна бути від ⁰C;

⁰Cробоча різниця температур,

- температура припливного повітря, ⁰C.Обчислюється за формулою:

;(5.16)

⁰C.

- Загальна кількість тепла, що надходить в приміщення, Вт;

,(5.17)

Де - Теплопритоки від навколишнього середовища, Вт;

- Теплопритоки від експериментального обладнання, Вт;

- Теплопритоки від персоналу, Вт;

- Теплопритоки від освітлення, Вт;

-кількість тепла, що виділяється установкою;

- Тепловиділення людини;

Q_oc=V_nom•30 = 320•30 = 9600;(5.18)

Q_ob= q_nk•n = 1200•1 = 1200;(5.19)

Q_ч = q_ч•n = 170•4 = 680;(5.20)

Q_осв = 1280-з відповідних розрахунків.

?Q = 9600+1200+680+1280 = 12760;

L = 12380 / (1,006•1,2• (24 - 20))=2642,5

Визначити встановлену потужність електродвигуна вентилятора за формулою:

,(5.21)

де - коефіцієнт запасу ();

- Аеродинамічний опір вентиляційної мережі повітропроводів, ;

- ККД вентилятора (приймається за влучним висловом вентилятора);

- ККД приводу, який при клинопасовій передачі дорівнює

= 0,95:

Висновок - приймаємо для вентиляції вентиляційний агрегат Повітря виробництва L = 2642,5 вентилятор потужністю N = 0,35.

Система вентиляції не повинна викликати переохолодження або перегріву робітників. Система вентиляції не повинна створювати шум на робочих місцях, що перевищує гранично допустимий рівень. Система вентиляції повинна бути електро-, пожежо-і вибухобезпечної, проста в пристрої, надійна в експлуатації і ефективна.

Протипожежна профілактика

Матеріали, що застосовуються для огороджувальних конструкцій та оздоблення приміщень, повинні бути вогнестійкими. У будівлі повинно бути передбачено не менше двох евакуаційних виходів. У приміщеннях з установками необхідно обмежити застосування дерева. Проходи, коридори і робочі місця не слід захаращувати архівними матеріалами, приладами і т.д. В системі вентиляції повинні бути передбачені протипожежні клапани в місцях перетину вогнестримувальних перекриттів і стін з нормованим межею вогнестійкості. Повітроводи, вентиляційні камери та регулюючі пристрої систем виконуються з негорючих матеріалів.

Протипожежна автоматична сигналізація

ожежна автоматична сигналізація служить для швидкого сповіщення служби пожежної охорони про яка виникла пожежі в будь-якому приміщенні або спорудженні підприємства. У системи автоматичного пожежогасіння включається також і пожежна сигналізація. При необхідності пожежна сигналізація може бути поєднана з охоронною сигналізацією.

Пожежні сповіщувачі перетворюють неелектричні фізичні величини (випромінювання теплової і світлової енергії, рух частинок диму) в електричні, які у вигляді сигналу певної форми направляються по проводах на приймальну станцію.

Система пожежогасіння

В практиці гасіння пожеж найбільшого поширення отримали наступні принципи припинення горіння:

1) ізоляція вогнища горіння від повітря негорючими газами;

2) охолодження вогнища горіння нижче певних температур;

3) інтенсивне гальмування (інгібування) швидкості хімічної реакції в полум'ї;

4) механічний зрив полум'я в результаті впливу на нього сильного струменя газу;

5) створення умов вогнезагород, тобто таких умов при яких полум'я поширюється через вузькі канали.

У лабораторіях гасіння пожеж краще вести першим способом.

Розрахунок кількості балонів з вуглекислотою для внутрішнього пожежогасіння

Кількість вогнегасної газового складу (кг):

(5.22)

Де - вогнегасна концентрація газового складу для вуглекислоти;

- обсяг приміщення, м³;

- Коефіцієнт, який враховує особливості газообміну, витікання вуглекислого газу через нещільності приміщення (приймаємо)

кг.

Необхідна кількість робочих балонів (шт.) З вуглекислотою:

(5.23)

Де = 25 л - обсяг балона (при 25 л в балоні міститься 15,6 кг вуглекислоти);

= 0.625 кг/л - щільність засоб гасіння;

= 1 - коефіцієнт наповнення.

шт.

Кількість резервних балонів (приймаємо рівним числу робочих балонів):

шт.

Загальна кількість балонів:

шт.

Для можливості ліквідації джерела пожежі установка газового пожежогасіння всередині приміщення повинна мати 14 балонів з вуглекислотою.

Висновок:

У цій частині дипломної роботи були викладені вимоги до робочого місця інженера. Створені умови повинні забезпечити комфортну роботу. Був проведений розрахунок вентиляційної системи, розрахунок оптимального освітлення виробничого приміщення, а також розрахована система штучного заземлення та кількість балонів з вуглекислотою для пожежогасіння.

Дотримання умов, що визначають оптимальну організацію робочого місця інженера, дозволить зберегти гарну працездатність протягом усього робочого для, підвищить як в кількісному так і в якісному відносинах продуктивність його праці.

6. Організаційно-економічна частина

Проект має на меті, сфера використання та можливі користувачі проектного продукту (підприємства, організації).

Метою проекту є вивчення коефіцієнта тепловіддачі при кипінні у вільному обсязі холодагентів, а так само їх сумішей з маслами або нанофлюїдами з метою поліпшення енергетичної ефективності холодильних машин і зменшення екологічного впливу на навколишнє середовище.

Сферою використання є побутові та комерційні компресорні холодильні установки. Користувачами є виробники побутових і комерційних холодильних установок.

Основні технічні, соціальні, екологічні, економічні показники проекту і їх зіставлення з аналогічними (альтернативними варіантами).

Збільшення коефіцієнта тепловіддачі за рахунок використання холодоагентів нового покоління, а так само вибору оптимальної концентрація масла в реальному робочому тілі холодильної установки покращує її енергетичні характеристики та зменшує антропогенний вплив на навколишнє середовище в порівнянні з існуючими робочими тілами цих холодильних машин.

Можливі ризики і конкурентоспроможність проектного продукту на внутрішньому та зовнішньому ринках.

Можливим ринком збуту результату дослідження є холодильна промисловість, в тому числі провідні фірми як нашої країни, так і за кордоном, які виробляють холодильні компресора і інше обладнання для устаткування (випарники і конденсатори) для холодильних машин.

Учасники проекту, фактори зовнішнього середовища. Можливі джерела фінансування і фактори ризику.

Учасниками проектів виступають: розробник, дипломних керівник, ОГАХ, фірма NORD. Фактори зовнішнього середовища такі як економічна і політична ситуація на проведення досліджень не впливають.

Можливості та умови реалізації проекту

В ході розробки дипломного проекту кінцевим продуктом розробки ми отримаємо інформацію про коефіцієнт тепловіддачі при кипінні холоадагентів їх розчинів з мастилами при різних концентраціях, що в свою чергу дозволить точно провести розрахунок холодильного обладнання та вибрати оптимальні речовини для використання. З точки зору економіки це дозволить з економити значні кошти при роботі холодильного обладнання.

Організація виконання проекту

Календарний план розробки проекту (основні етапи, терміни їх виконання)

Побудова і розрахунок мережного плану-графіка

При виконанні технічних виробів, будівництва різних сооружений, підготовки і проведення наукових і практичних експериментів доводиться виконувати велику кількість робіт. Виконання їх пов'язане в часі: почати одні роботи можна тільки тоді, коли виконано одну або декілька інших робіт, підготовчих до них робіт. Інформацію про взаємозв'язок і порядок виконання всіх робіт в комплексі можна уявити за допомогою орієнтованого графіка, який доповнюють певними числовими даними, такими, наприклад, як кількість часу, необхідного для завершення конкретних робіт, час початку певної роботи, номери вершин графіка і т.д. Такий графік називають сітковим графіком або ґратчастою моделлю. У таблиці 1 представлений перелік подій і робіт сіткового графіка.

На основі даних таблиці 1 проведено розрахунок параметрів мережного графіка, представлений в таблиці 1 і мал. 1

Таблиця 1

Перелік подій і робіт сіткового графіка

№ кода роботи	Назва роботи	Т (дні)	№ коду попередньої роботи
1	Збір даних і аналіз існуючого стану	7	0-1
2	Вивчення предметної області	7	0-2
	фіктивна робота	0	1-3
	фіктивна робота	0	2-3
3	Планування термінів необхідних робіт	7	3-4
4.	Затвердження зведеного плану	2	4-6
5.	Організаційне виконання робіт	3	5-6
6.	Проектування дослідницької установки	21	6-7
7.	Проектування дослідницької частини робочої установки	14	6-8
	фіктивна робота	0	7-9
	фіктивна робота	0	8-9
8.	Установка ділового контакту	2	9-10
9.	Контроль за виконанням робіт	2	10-11
10.	Розробка схеми осередку	14	11-12
11.	Розробка схеми електровимірювань	7	12-13
12.	Аналіз поправок до вимірювання коефіцієнта тепловіддачі	7	13-14
13.	Проведення розрахунків за отриманими дослідними даними	7	14-15
14.	Аналіз результатів	7	15-16
15.	Підтвердження завершення робіт	2	16-17
16.	Порівняння отриманих даних з існуючими моделями	2	17-18
17.	Підготовка до здачі	2	18-19
18.	Оцінка результатів проекту та підтвердження підсумків	2	19-20
Всього		115

Таблиця 2

Результати розрахунків параметрів мережного графіка

Кількість робіт що входять в подію	Работи	Ранній термін виконання події, ТPI	тривалість роботи, Тij	Ранній термін виконання події ТPI	Пізній термін виконання події Тin	тривалість роботи Тij	тривалість події	повний резервRj
	i	j
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
-	0	1	0	7	7	0	7	7	0
1	0	2	0	7	7	0	7	7	0
1	1	3	7	0	7	7	0	7	0
1	2	3	7	0	7	7	0	7	0
2	3	4	7	7	14	7	7	14	0
1	4	5	14	2	16	14	2	16	0
1	5	6	16	3	19	16	3	19	0
1	6	7	19	21	40	19	21	40	0
1	6	8	19	14	33	19	14	40	7
1	7	9	40	0	40	40	0	40	0
1	8	9	33	0	33	33	0	40	7
2	9	10	40	2	42	40	2	42	2
1	10	11	42	2	44	42	2	44	2
1	11	12	44	14	58	44	14	58	14
1	12	13	58	7	65	58	7	65	0
1	13	14	65	7	72	65	7	72	0
1	14	15	72	7	79	72	7	79	0
1	15	16	79	7	86	79	7	86	0
1	16	17	86	2	88	86	2	88	0
1	17	18	88	2	90	88	2	90	0
1	18	19	90	2	92	90	2	92	0
1	19	20	92	2	94	92	2	94	0

Висновки

В ході дослідження були вирішені такі завдання:

- Розроблена та проектована експериментальна установка для дослідження теплопровідності методом лінійного джерела (нестаціонарний метод нагрітої нитки), що дозволяє вимірювати теплопровідність нанофлюїдів;

- Розроблена методика проведення досліджень теплопровідності нанофлюїдів при різних температурах і концентраціях наночастинок.

- Проаналізовано літературні дані по теплопровідності нанофлюїдів.

- Досліджені та розраховані технологічні елементи установки.

Список використаних джерел

1. Chiesa M, Simonsen AJ: The importance of suspension stability for hot wire measure ment soft hermal conductivity of colloidal suspensions. 16-th Austral asian Fluid Mechanics Conference, GoldCoast, Australia 2010.

2. Masuda H., Ebata A., Teramae K., Hishinuma N., Alteration of thermal conductivity and viscosity of liquid by dispersing ultra-fine particles (dispersion of c-Al2 O3, SiO2 and TiO2 ultra-fine particles), Netsu Bussei 4 (1993) 227-233.

3. Xie H, Wang J, Xi T, Liu Y, Ai F: Thermal conductivity enhancement of suspensions containing nanosized alumna particles. J ApplPhys 2002, 91:4568-4572.

4. Wang X., Xu X., Choi S.U.S., Thermal conductivity of nanoparticles-fluid mixture, J. Thermophys. Heat Transfer 13 (1999) 474-480.

5. Eastman JA, Choi SUS, Li S, Yu W, Thomson LJ: Anomalously increased effective thermal conductivities of ethylene glycol-based nanofluids containing copper nanoparticles. Appl Phys Lett 2001, 78:718-720.

6. Lee S., Choi S.U.S., Li S., Eastman J.A., Measuring thermal conductivity of fluids containing oxide nanoparticles, ASME J. Heat Transfer 121 (1999)

280-289.

7. Mintsa HA, Roy G, Nguyen CT, Doucet D: New temperature dependent thermal conductivity data for water-based nanofluids. International Journal of Thermal Sciences 2009, 48:363-371.

8. Das S, Putra N, P. Thiesen, W. Roetzel, Temperature dependence of thermal conductivity enhancement for nanofluids, J. Heat Transfer, 125, 2003, p. 567-574.

9. Putra N., Roetzel W., Das S.K., Natural convection of nanofluids, Heat Mass Transfer 39 (2003) 775-784.

10. Chon C.H., Kihm K.D., Lee S.P., Choi S.U.S., Empirical correlation finding the role of temperature and particle size for nanofluid (Al2O3) thermal conductivity enhancement, Appl. Phys. Lett. 87 (2005) 153107.

11. Li C.H., Peterson G.P., The effect of particle size on the effective thermal conductivity of Al2O3-water nanofluids, J. Appl. Phys. 101 (2007) 044312.

12. Zhang X., Gu H., Fujii M., Effective thermal conductivity and thermal diffusivity of nanofluids containing spherical and cylindrical nanoparticles, J. Appl. Phys. 100 (2006) 1-5.

13. Timofeeva E.V., Gavrilov A.N., McCloskey J.M., Tolmachev Y.V., Thermal conductivity and particle agglomeration in alumina nanofluids: experimentand theory, Phys. Rev. E 76 (2007) 061203.

14. Hwang D, Hong KS, Yang HS: Study of thermal conductivity nanofluids for the application of heat transfer fluids.ThermochimActa 2007, 455:66-69.

15. Murshed SMS, Leong KC, Yang C: Invesitions of thermal conductivity and viscosity of nanofluids. Int J Therm Sci 2008, 47:560-568.

16. Oh DW, Jain A, Eaton JK, Goodson KE, Lee JS: Thermal conductivity measurement and sedimentation detection of aluminum oxide nanofluids by using 3щ method. Int J Heat Fluid Fl 2008, 29:1456-1461.

17. Beck MP, Sun T, Teja AS: The thermal conductivity of alumina nanoparticles dispersed in ethylene glycol. Fluid Phase Equilib 2007, 260:275-278.

18. Choi C, Yoo HS, Oh JM: Preparation and heat transfer properties of nanoparticles-in-transformer oil dispersions as advanced energy-efficient coolants. Curr Appl Phys 2008, 8:710-712.

19. Rusconi R, Rodari E, Piazza R: Optical measurements of the thermal properties of nanofluids. Applied Physics Letters 2006, 89, 261916-1-2619163.

20. Putnam SA, Cahill DG, Braun PV: Thermal conductivity of nanoparticle suspensions. Journal of Applied Physics 2006, 99, 084308-1-084308-6.

21. Venerus DC, Kabadi MS, Lee S, Perez-Luna V: Study of thermal transport in nanoparticle suspensions using forced Rayleigh scattering. Journal of Applied Physics 2006, 100, 094310-1-094310-5.

22. Buongiorno J, Venerus DC, Prabhat N: A benchmark study on the thermal conductivity of nanofluids. Journal of Applied Physics 2009, 106, 094312-1-094312-14.

23. Bazan JAN: Thermal conductivity of poly-aelpha-olefin (PAO)-based nanofluids. Ph.D. Thesis, University of Dayton, Dayton, OH, USA 2010.

24. Schmidt AJ, Chiesa M, Torchinsky DH, Johnson JA, Nelson KA, Chen G: Thermal conductivity of nanoparticle suspension in insulating media measured with a transient optical grating and a hotwire. Journal of Applied Physics 2008, 103, 083529-1-083529-5.

25. Ali FM, Yunus WMM, Moksin MM, Talib ZA: The effect of volume fraction concentration on the thermal conductivity and thermal diffusivity of nanofluids: numerical and experimental. Review of Scientific Instruments 2010, 81, 074901-1-074901-9.

26. Kolade B, Goodson KE, Eaton JK: Convective performance of nanofluids in a laminar thermally developing tube flow. Journal of Heat Transfer 2009,131, 052402-1-052402-8.

27. Geller, V., Nemzer, B., Cheremnykh, U. Thermal Conductivity of the Refrigerant Mixtures R404A, R407C, R410A, and R507A. International Journal of Thermophysisc, Vol. 32, N. 5, pp. 48-56, 2002.

28. Li C.H., Peterson G.P. Mixing effect on the enhancement of the effective thermal conductivity of nanoparticle suspensions (nanofluids). // Inter. J. of Heat and Mass Transfer. 2007. Vol. 50. P. 4668?4677.

29. Keblinski P, Phillpot S.R., Choi S.U.S., Eastman J.A. Mechanisms of heat flow in suspensions of nano-sized particles (nanofluids) // Inter. J. of Heat and Mass Transfer. 2002. Vol. 45.Р. 855?863.

30. Ding Y.L, Chen H., Wang L., Yang C-Y, He Y., Yang W., Lee W.P., Zhang L. and Huo R. Heat Transfer Intensificaton Using Nanofluids // Powder and Particle. 2007. No. 25.P. 23?36.

31. Yu W., Choi S.U.S. The role of interfacial layers in the enhanced thermal conductivity of nanofluids: a renovated Maxwell model // J. of Nanoparticle Research.2003. No. 5.P. 167?171.

32. Wang B.-X., Zhou L.-P., X.-F.Peng X.-F.A fractal model for predicting the effective thermal conductivity of liquid with suspension of nanoparticles // Inter. J. of Heat and Mass Transfer. 2003. Vol. 46. P. 2665?2672.

33. Xue L., Keblinski P., Phillpot S.R., Choi S.U.S., Eastman J.A. Effect of liquid layering at the liquid - solid interface on thermal transport // Inter. J. of Heat and Mass Transfer. 2004. Vol. 47, No. 19-20. P. 4277?4284.

34. Gao L., Zhou X., Ding Y.L. Effective thermal and electrical conductivity of carbon nanotube composites //Chem. Phys. Lett. 2007. Vol. 434.P. 297?300.

35. Елецкий А.В. Транспортные свойства углеродных нанотрубок// УФН. 2009. Т. 179, Nо. 3. С. 225?242.

36. Maxwell J.C., A Treatise on Electricity and Magnetism, second ed., Clarendon Press, Oxford, UK, 1881.

37. Bruggeman D.A.G., Berechnung verschiedener physikalischer Konstanten von heterogenen Substanzen, I. Dielektrizitats konstanten und Leitfahig keiten der Mischkorperausisotropen Substanzen, Annalen der Physik, Leipzig 24 (1935) 636-679.

38. Hamilton R.L., Crosser O.K., Thermal conductivity of heterogeneous two component systems, I&EC Fundam. 1 (1962) 182-191.

39. Xue Q.-Z., Model for effective thermal conductivity of nanofluids, Physics Letters A307 (2003) 313-317.

40. Xue Q., Xu W.-M., A model of thermal conductivity of nanofluids with interfacial shells, Materials Chemistry and Physics 90 (2-3) (2005) 298-301.

41. Patel H.E., Das S.K., Sundararagan T., Nair A.S., Geoge B., Pradeep T., Thermal conductivities of naked and monolayer protected metal nanoparticle based nanofluids: Manifestation of anomalous enhancement and chemical effects, Applied Physics Letters 83 (2003) 2931-2933.

42. Xuan Y., Li Q., Hu W., Aggregation structure and thermal conductivity of nanofluids, AIChE Journal 49 (4) (2003) 1038-1043.

43. Kumar D.H., Patel H.E., Kumar V.R.R., Sundararajan T., Pradeep T., Das S.K., Model for heat conduction in nanofluids, Physical Review Letters 93 (14) (2004) 144301.

44. Jang S.P., Choi S.U.S., Role of Brownian motion in the enhanced thermal conductivity of nanofluids, Applied Physics Letters 84 (2004) 4316-4318.

45. Prasher R., Bhattacharya P., Phelan P.E., Thermal conductivity of nanoscale colloidal solutions (nanofluids), Physical Review Letters 94 (2) (2005) 025901.

46. Koo J., Kleinstreuer C., A new thermal conductivity model for nanofluids, Journal of Nanoparticle Research 6 (6) (2004) 577-588.

47. Koo J., Kleinstreuer C., Laminar nanofluid flow in micro-heat sinks, International Journal of Heat and Mass Transfer 48 (13) (2005) 2652-2661.

Размещено на Allbest.ru