Описание лабораторной установки и принцип ее работы

 

Принципиальная схема лабораторной установки приведена на рис. 8.

tн.в.нач

tг.в.кон

tн.в.кон

tг.в.нач

Холодный теплоноситель

В канали- зацию

Горячий теплоноситель

РС.В..

8

6

4

3

5

6

2

7

Рис. 8. Схема лабораторной установки:

1 – теплообменник пластинчатый; 2 – котел электродный;

3 – насос циркуляционный;4 – емкость мембранная

расширительная; 5 – насос струйный (эжектор); 6 – расходомеры-

счетчики ЭРС; 7– вентиль игольчатый; 8– кран шаровый

 

Установка предназначена для изучения процесса теплообмена в системе вода – вода. В состав лабораторной установки входят пластинчатый теплообменник 1, эжектор 5, электродный отопительный котел 2 «Очаг 6 Галан», насос циркуляционный 3 «UPS 20-40B 180» с однофазным преобразователем частоты тока «ODE 2», мембранная расширительная емкость 4.

В качестве контрольно-измерительных приборов использованы термопреобразователи сопротивления «ВЗЛЕТ ТПС», измеритель-регулятор температуры «Термодат-10К4», преобразователи давления измерительные «Коммуналец СДВ-И-1,0» и расходомеры-счетчики воды электромагнитные «ВЗЛЕТ ЭРСВ» 6.

Горячим теплоносителем является дистиллированная вода, которая заливается в циркуляционный контур установки через заливную воронку (на схеме условно не показана). При помощи циркуляционного насоса 3 она циркулирует через теплообменник по замкнутому контуру и нагревается электродным котлом 2.

Производительность насоса можно регулировать изменением частоты вращения его рабочего колеса при помощи частотного преобразователя тока. Для безопасной работы во избежание перегрева горячей воды служит электронный регулятор температуры «Термодат-10К4».

В качестве холодного теплоносителя используется водопроводная вода из сети, которая поступает в пластинчатый теплообменник 1 через сопло эжектора 5. После нагрева в теплообменнике 1 она сбрасывается в канализацию. Регулирования расхода охлаждающей воды осуществляется при помощи игольчатого вентиля 7.

В конструкции лабораторной установки предусмотрена возможность частичной рециркуляции охлаждающей воды и повторного ее нагрева в пластинчатом теплообменнике при помощи эжектора 5.

Показания всех приборов контроля сначала поступают в тепловычислитель «ВЗЛЕТ ТСРВ» и затем непрерывно выводятся на монитор компьютера.

Основным элементом лабораторной установки является пластинчатый теплообменник фирмы «Ридан». Он компонуется из пластин типа 0,4 с углом пересечения вершин гофр 120⁰. Геометрические размеры пластин и образуемых ими каналов приведены в табл. 2.

Таблица 2

Основные характеристики теплообменного аппарата

Заданные параметры теплообменника	Обозначение	Значение параметра
1. Площадь поверхности теплообмена одной пластины, м^2	F1	0,042
2. Число пластин, компоновка пластин	n, TL
3. Число каналов для нагреваемой воды	-
4. Число каналов для греющей воды	-
5. Эквивалентный диаметр, м	dэ	0,004
6. Площадь поперечного сечения одного канала, м^2	f1	13^.10 ^-5
5. Приведенная длина канала, м	Lп	0,26
6. Длина пластины, м	a	0,45
7. Ширина пластины, м	b	0,15
8. Толщина пластины, м	δ	0,0005

 

Приступать к выполнению работы можно только после детального ознакомления с установкой и разрешения преподавателя или учебного мастера.

 

Цель работы:

– ознакомление с устройством и работой пластинчатого теплообменного аппарата;

– определение опытного значения коэффициента теплопередачи и сравнение его с расчетным значением.

Порядок проведения работы:

10. Убедиться, что теплообменник заполнен водой.

11. Подать напряжение на электрический пульт управления.

12. Включить в работу циркуляционный насос 3 и по указанию преподавателя или учебного мастера при помощи частотного преобразователя тока (находится на электрической панели управления) установить требуемый расход греющей воды, подаваемой в теплообменник.

13. Включить в работу электродный отопительный котел 2 и установить требуемую температуру нагрева воды.

4. При помощи регулятора температуры «Термодат 10К4» контролировать темпе- ратуру нагрева, которая должна поддерживаться на одном уровне в течение всего эксперимента.

5. По указанию преподавателя или учебного мастера при помощи игольчатого вентиля установить требуемый расход нагреваемой водопроводной воды, подаваемой в теплообменник.

6. Дождаться выхода установки на стационарный режим и зафиксировать температуры греющей воды и нагреваемой воды на входе и выходе из теплообменника. О выходе на стационарный режим свидетельствуют характеры изменения кривых температур во времени, которые непрерывно отображаются на мониторе компьютера. Они должны иметь практически горизонтальный вид.

7. После окончания работы установку выключить из работы.

Для этого сначала отключить из электрической сети электродный котел 2 и после охлаждения греющей воды до 20-25 ⁰С выключить циркуляционный насос 3. В последнюю очередь при помощи игольчатого вентиля 7 закрыть подачу охлаждающей водопроводной воды на установку.

 

Все измеренные величины и справочные данные занести в табл. 2.

Таблица 2

Исходные данные для технологического расчета теплообменника

Технологические параметры	Обозна-чение	Значение пара-метра
1. Объемный расход греющей воды, м^3/ч
2. Объемный расход нагреваемой воды, м^3/ч
3. Температура греющей воды на входе в теплообменник,
4. Температура греющей воды на выходе из теплообменника,
5. Температура нагреваемой воды на входе в теплообменник,
6. Температура нагреваемой воды на выходе из теплообменника,
7. Плотность греющей воды при ее средней температуре, кг/м^3
8. Плотность нагреваемой воды при ее средней температуре, кг/м^3
9. Теплоемкость греющей воды при ее средней температуре, Дж/(кг ^.К)
10. Теплоемкость нагреваемой воды при ее средней температуре, Дж/(кг^.К)

 

Основные физические свойства воды, необходимые для последующих расчетов, приведены в табл. 3.

Таблица 3

Физические свойства воды при атмосферном давлении

Темпе-ратура, ^0C	Динамичес- кая вязкость m ×10^3, Па×с	Плот- ность r, кг/м^3	Тепло-емкость ср,	Коэффициент теплопровод- ности l, Вт/(м×К)	Критерий Прандтля	Коэффициент объемного расширения b ×10^5, 1/К
	1,79		4,21	0,552	13,70	0,5
	1,31		4,19	0,575	9,52
	1,01		4,19	0,600	7,02
	0,81		4,18	0,618	5,42
	0,66		4,18	0,634	4,31
	0,56		4,18	0,648	3,54
	0,47		4,18	0,659	2,98
	0,41		4,19	0,668	2,55

Порядок расчета опытного коэффициента теплопередачи (К_ОП)

1. Определим массовый расход греющей и нагреваемой воды

Массовый расход греющей воды:

(кг/с)

(11)

Массовый расход нагреваемой воды:

(кг/с)

(12)

2. Количество теплоты, которая отнимается от греющей воды:

,

(13)

3. Уравнение теплового баланса:

(14)

 

4. Определим среднюю разность температур (среднюю движущую силу теплопередачи) для теплообменного аппарата.

Температурная схема при противотоке:

 

 

Из этой схемы находим величины большей () и меньшей конечной разности температур между греющей и нагреваемой водой и среднюю движущую силу теплопередачи ( t_СР)по формуле:

 

(15)

 

5. Далее, из основного уравнения теплопередачи по известным величинам Q_Г.В.; площади поверхности теплообмена пластинчатого теплообменника (F = 0,378 м²) и t_СР находим опытную величину коэффициента теплопередачи (К_ОП):

.

(16)

 

 

Порядок расчета теоретического коэффициента теплопередачи (К_ТЕОР)