Теоретическая оценка коэффициента теплопередачи.

Для цилиндрической стенки коэффициент теплопередачи находится из уравнения

 

   (10)

 

Трубы сделаны из нержавеющей стали λ_СТ = 14.4 + 0.016*t. Среднюю температуру стали t найдем следующим образом t = (t`<sub>1</sub>+ t``<sub>1</sub>+ t`₂+ t``₂)/4. Поверхностью теплообмена между теплоносителем является внутренняя труба, у которой d₁ и d₂ это внутренний и внешний диаметры соответственно. Величины α₁ и α ₂ – это коэффициенты теплоотдачи снаружи и внутри трубы. Чтобы оценить их величины необходимо вычислить число Рейнольдса - критерий режима течения. В нашем опыте предполагается, что течение теплоносителей ламинарное.

               _,                               (11)

для труб Re > 4000 соответствует турбулентному течению; w – скорость теплоносителя, м/с (её можно оценить как w=V/F, где F – площадь сечения канала);ν-кинематическая вязкость,м²/c (её значение берется из таблиц при средней температуре теплоносителя); l₀ – характерный размер поверхности теплообмена. Для внутреннего контура l₀ – это внутренней диаметр внутренней трубы. Для внешнего контура l₀ – это разность между внутренним диаметром внешней трубы и внешним диаметром внутренней трубы l₀ = d`<sub>1</sub> – d`₂ .

Тогда для внутреннего контура можно записать выражение:

 

  (12),

 а для внешнего

(13)

В случае же ламинарного течения жидкости, для обеих труб справедливо выражение:

      (14)

Поскольку разница между теплофизическими свойствами теплоносителей в средних сечениях каналов и в пристенных слоях отличается мало поправку Δ_t принимаем равной 1.

Pr – число Прандтля, в нашем случае функция температуры и берется из таблиц при средней температуре теплоносителя.

Nu – безразмерная теплоотдача (число Нуссельта)

                      (15)

 

Здесь, l₀ – для внутреннего контура внутренний диаметр внутренней трубы, а для внешнего – l₀ = d`<sub>1</sub> – d`₂; λ_Ж – теплопроводность теплоносителя (воды), также берется из таблиц при средней температуре теплоносителя.

Из соотношения (14) определяют α₁ и α₂:

                              (16)

Критериальные методы оценки весьма неточны, но полученные значения коэффициентов теплопередачи не должны расходиться более чем на 15%.

2.2. Состав установки и назначение элементов.

 

1. Рабочий участок (труба а трубе).
2. Водоподогреватель.
3. Насос водоподогревателя.
4. Расширительный бачок водоподогревателя.
5. Вентиль расширительного бачка.
6. Вентиль регулирования расхода горячей воды во внутренней трубе.
7. Радиатор (холодильник) для охлаждения воды, текущей в наружной трубе рабочего участка.
8. Насос холодильника.
9. Расширительный бачок радиатора.
10. Измеритель расхода воды, текущей во внутренней трубе рабочего участка.
11. Измеритель расхода воды, текущей во внешней трубе рабочего участка.
12. Вентилятор радиатора(холодильника) с источником питания.

К1, К2, К3, К4 – вентили, регулирующие режимы течения (прямоток или противоток) и расход воды во внешней трубе рабочего участка.

ВМ – вентили Маевского, предназначенные для удаления воздуха из системы.

t₁- температура воды на входе во внутреннюю трубу рабочего участка.

t₂- температура воды на выходе из внутренней трубы рабочего участка.

t₃- температура воды на входе во внешнюю трубу рабочего участка в условиях прямотока.

t₄- температура воды на выходе из внешней трубы рабочего участка в условиях прямотока.

При включении противотока воды во внешней трубе t₃ и t₄ поменять местами.

 

Подготовка установки к работе и проведение опыта.

1.Соединить шлангом насос 3 и расходомер 10.

2.Соединить шлангом вентиль 6 и штуцер 13.

3.Соединить шлангом штуцер 14 и штуцер 15 расширительного бачка 9.

       4.Соединить шлангом штуцер насоса 8 и штуцер на вхо-                                     де расходомера 11.

5.Залить дистиллированную воду в водоподогреватель 2 через расширительный бачок 4 при открытых вентилях 5 и 6. (11 литров).

6.Залить дистиллированную воду в радиатор (холодильник) 7 через расширительный бачок 9 при открытых вентилях К1, К2, К3, К4 и всех ВМ.

7.Подключить к розеткам, находящимся на задней панели установки водоподогреватель, насос водоподогревателя, насос холодильника, источник питания вентилятора (разъёмы вентилятора должны быть соединены с разъёмами источника питания).

8.Заземлить корпус установки.

9.Включить установку в сеть.

10.Тумблером «СЕТЬ» включить питание установки.

11.При всех открытых вентилях проверить заполнение водой водоподогревателя и радиатора. При этом расширительные бачки должны быть заполнены на половину.

12.Включить тумблер «НАСОС НАГРЕВАТЕЛЯ». Если расходомер 10 не работает (в системе имеется воздушная пробка), то необходимо несколько раз произвести включение и выключение насоса при открытых ВМ.

13.Вентилем 6 отрегулировать необходимый расход воды во внутренней трубе рабочего участка.

14.Для установки режима «прямоток» во внешней трубе рабочего участка закрыть вентили К1, К4 и открыть вентили К2, К3.

15.Тумблером «НАСОС ХОЛОДИЛЬНИКА» включить насос 8 радиатора (холодильника).

16.Включая и выключая насос 8 радиатора тумблером «НАСОС ХОЛОДИЛЬНИКА» достичь равномерного вращения «турбинки» расходомера 11, свидетельствующего о непрерывном потоке воды во внешней трубе рабочего участка.

17.Вентилем К3 отрегулировать необходимый расход воды во внешней трубе рабочего участка в режиме «прямоток».

18.Для установки режима «пртивоток» во внешней трубе рабочего участка закрыть вентили К2, К3 и открыть вентили К1, К4.

19.Вентилем К4 отрегулировать необходимый расход воды во внешней трубе рабочего участка в режиме «противоток».

20.После установки нужного режима течения воды во внешней трубе рабочего участка и требуемых расходов (15-20 см³) в секунду (см. паспорт расходомера), включить водоподогреватель 2 тумблером «НАГРЕВ».

21.Включить измеритель температуры 20 тумблером 17.

22.Включить вентилятор холодильника тумблером 18 «ВЕНТИЛЯТОР ХОЛОДИЛЬНИКА».

23. При достижении температура на входе во внутреннюю трубу t₁ = 45-50^оС произвести отсчёт температур t₁,t₂,t₃,t₄ с помощью переключателя термопар 19.

24.Включить секундомер и произвести отсчёт показаний расходомеров.

25.Выключить секундомер и произвести отсчёт показаний расходомеров. При этом определить промежуток времени за который через сечения труб прошли соответствующие объёмы воды.