Испытание теплообменника типа «Труба в трубе».



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Испытание теплообменника типа «Труба в трубе».



1. Цель работы.

1.1  Экспериментальное определение коэффициента теплопередачи Ка , Вт/(м²К).

1.2  Аналитическое определение коэффициента теплопередачи Ка , Вт/(м²К).

1.3  Определение потерь тепла в окружающую среду — QпотВт.

2. Описание экспериментальной установки.

                     


Рис. 1. Схема лабораторной установки.

1. Теплообменник типа «труба в трубе».

2. Мерник холодной воды.

3. Сборник холодной воды.

4. Насос холодной воды.

5. Насос горячей воды.

6. Сборник горячей воды с ТЭНом.

7. Мерник горячей воды.

8. Термометры.

– 1.2х — холодная вода

– 1.2г — горячая вода.

3. Методика проведения работы.

После установившегося режима при Δt = const расходы горячей и холоже их температуры на входе в теплообменник с помощью термометров (8) и на выходе. Полученные данные заносим в табл. 1.

Таблица 1.

Время замеров (мин)

Вода горячая

Вода холодная

t гн, °C tгк , °C Gг (п) t хн, °C tхк , °C Gх (п)
1            
2            
3            
τобщ t гсрн tгсрк Gг общ t хсрн tхсрк Gх общ
             

 

4. Обработка опытных данных.

4.1 Определяем средние температуры холодной и горячей воды

        t х ср=(t хсрн+tхсрк)/2=...°C,

где t хсрн и tхсрк — соответственно начальная и конечная температура холодной воды,

t гсрн и tгсрк - соответственно начальная и конечная температура горячей воды,

4.2  Определяем исходные объемы горячей и холодной воды

Vг = Gг общ/ (τобщ 60*1000)=...м³/с,

Vх = Gх общ/ (τобщ 60*1000)=...м³/с,

где Gг общ и Gх общ — соответственно массовые расходы горячей и холодной воды.

Gг общ =...л,

   Gх общ =...л.

τобщ — общее время (см. табл.1).

4.3  Определяем тепловые нагрузки:

а) при охлаждении горячей воды

   Qг= Vг ρг сг(t гсрн- tгсрк)=...Вт,

где ρг — плотность горячей воды, определяем по ее средней температуре, t гср=...°C (см.пункт 4), ρг = кг/м³,

  сг — теплоемкость горячей воды определяем по t гср=...°C, по табл. 2 [3,с. 141] или табл.3 [2, с. 127], сг =...Дж/(кгК),

б) при нагревании холодной воды

   Qх = Vх ρх сх(t хсрк- tхсрн)=...Вт,

где ρх — плотность холодной воды определяем по ее средней температуре t хср =...°C (см.пункт 4.1) по табл. 2 [3, с. 141], ρх =...кг/м³,

  сх — теплоемкость холодной воды определяем по ее средней температуре t хср =...°C по табл. 2 [3, с. 141], сх =Дж/(кгК).

4.4 Определяем среднюю разность температур между теплообменивающимися средами (горячей и холодной водой) Δtср.

Воспользуемся графиком, построенным в масштабе (см.рис. 2).

 


Рис. 2. К определению Δtср.

Из графика (рис.2) видно, что отношение

Δtб      t гсрн — tхсрк   tгсрк - tхсрн

—— = ———— или ———— = ...>2 или <2

Δtм       t гсрк — tхсрн        tгсрн - tхсрк

если это отношение <2, то средняя разность температур определяется как среднее арифметическое, т.е

                      Δtб + Δtм

                       Δtср = ———— =...°C,

                           2

                                       Δtб

если же это отношение   —— >2, то средняя разность

                                      Δtм

температур определяется как логарифмическое, т.е

                                    Δtб

 Δtср = ( Δtб- Δtм )/ (2,3lq ——) =...°C.

                                    Δtм

4.5   Определяем экспериментальное значение коэффициента теплопередачи

          Qг

КЭ = ——— =...Вт/(м²К)

       F  Δtср

                     Qх

КЭ = ——— =...Вт/(м²К)

        F  Δtср

где Qг и Qх — количество тепла, Вт,

  F — заданная поверхность теплопередачи теплообменника, F= 0,16 м².

5. определяем коэффициент теплопередачи аналитическим путем.

5.1 Определяем среднюю температуру стенки теплопередающей

           t гср + tхср

       tст = ———— =...°C

              2

5.2 Определяем теплофизические свойства воды при

    t гср =...°C,

   tхср = ...°C,

   tхср = ...°C,

по табл. 2 [3, с. 141] и числовые их значения

   Рτ , υ, λ, β.

Заносим их в табл. 2.

Таблица 2.

t (°C) Рτ  υ*106 (м²/с)  λ Вт/(мК) β*104 1/град
 t гср        
 tхср        
 tхср        

5.3 Определяем скорости движения теплообменивающихся сред:

а) горячей воды

                      4Vг

             υг =———=...м/с,

                      πdвн2

где dвн — внутренний диаметр внутренней трубы, dвн=0,012 м,

Vг — объем секундный горячей воды, Vг=...м³/с

 (см.пункт 4.2),

б) холодной воды

 

                          4Vх

             υх = ————— =...м/с,

                      π (Двн2- dн)

где Двн — внутренний диаметр внешней трубы, Двн=0,026 м,

  dн — наружный диаметр внутренней трубы, dн =0,018 м,

Vх — секундный объем холодной воды, Vх =...м³/с.

5.4   Рассчитываем критерий Рейнольдса

а) для горячей воды

                                 Reг= υг dвнг =...

где νг — кинематическая вязкость воды при  t гср=...°C по табл. 2, νг= м²/с,

б) для холодной воды

                                  Reх= υх dэквг =...

где dэкв — эквивалентный диаметр межтрубного пространства, dэкв = Двн- dн =...м,

νх — кинематическая вязкость холодной воды при t хср=...°C по табл. 2, νх= м²/с.

5.5 Рассчитываем критерий Нуссельта, подобрав необходимую формулу в зависимости от режима движений горячей воды по внутренней трубе [1, с. 109], [2, с. 52].

– если Reг<2320, то режим движения ламинарный и расчетное критериальное уравнение для определения критерия Нуссельта будет иметь вид

                            Nuг = 0,17 Reг0,33г0,43г0,1,

где Reг ,Pτг — критерии Рейнольдса и Прандтля взяты по табл. 2 и см.пункт 5.4,

г — критерий Грасфора, Gτг= qdвн βг Δtг/ ν²г,

q — ускорение свободного падения, q=9,81 м/с²,

dвн — внутренний диаметр для горячей воды, dвн = ...м,

β г — коэффициент объемного расширения по табл. 2, β г =...1/град,

Δtг- разность температур между слоями движущейся горячей воды по внутренней трубе, Δtг =...°C.

Если же значение Reг>10000, то режим движения турбулентный и расчетное критериальное уравнение для определения критерия Нуссельта будет иметь вид

                      Nuг = 0,021 Reг0,8г0,43=...

Если же значение 2320<Re<10000, то режим движения переходный и расчетное уравнение будет иметь вид

                  Nuг = 0,008 Reг0,9г0,43=...   

5.6  Рассчитываем коэффициент теплоотдачи от горячей воды к стенке теплопередающей внутренней трубы

α1 = αг = Nuгλг/ dвн =...Вт/(м²К).

5.7 Для кольцевого канала

Nuх = 0,023Reх0,8х0,4вн/dн)0,45=...

5.8 Коэффициент теплоотдачи от стенки к холодной воде

                          Nuх  λх

                      α2 = αх = ——— =...Вт/(м²К)

                            dэкв

5.9 Рассчитываем коэффициент теплопередачи аналитическим путем                     1

Ка= ———————— =...Вт/(м²К),

         1    δст    1

     —— + —— + ——

        α1        λст         α2

где δст - толщина теплопередающей стенки,                         δст = (dн — dвн) /2= (0,018 — 0,012)/2 =.0,003,

   λст  - коэффициент теплопроводности стальной теплопередающей стенки, λст= 46,5 Вт/(мК).

Результаты расчетов сводим в табл.3.

Таблица 3.

Теплообменивающие среды υ (м/с) Re Nu α Вт/(м²К) КЭ (м²К) Ка(м²К)
Горячая вода            
Холодная вода            

Сравниваем значение коэффициентов теплопередачи рассчитанные экспериментально и аналитически.

6. Определяем потери тепла в окружающую среду

                      Qх — Qг

           Qпот = ———— *100=...%

                           Qх

7. Литература.

7.1 В.Н.Стабников, В.И. Баранцев «Процессы и аппараты пищевых производств»,-М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982,с. 327.

7.2 В.И.Баранцев «Сборник задач по процессам и аппаратам пищевых производств»,-М.: Агропромиздат, 1985, с. 137.

7.3  С.М.Гребенюк «Лабораторный практикум по процессам и аппаратам пищевых производств»,-М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981, с. 151.

8. Вопросы для самопроверки.

8.1 Теплопередача, способы, законы, движущая сила.

8.2 Основное уравнение теплопередачи, расшифровка, характеристика.

8.3 Определение К, α1, α2, δ, λ, Δtср, τ, F, Q.

8.4  Теплообменники, их типы, устройство, действие, расчет.

8.5 Теплоносители и хладосистемы, их характеристика.

8.6 Глухой и острый обогрев, их сравнительная характеристика.

8.7 Нагревание, охлаждение, пастеризация, стерилизация, их характеристика, цель.

8.8  Пути интенсификации теплообменника.

8.9 Вывод, анализ.

 



Последнее изменение этой страницы: 2021-04-05; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.229.137.68 (0.016 с.)