7.Контрольні питання.

1. Що таке вологовміст вологого матеріалу? Одиниці його визначення.

2. Що таке рівноважний вологовміст вологого матеріалу? Від яких чинників він залежить?

3. Охарактеризуйте криву сушіння та термограму сушіння.

4. Як на кривій сушіння визначити період сталої швидкості сушіння? Охарактеризуйте цей період сушіння.

5. Як розрахувати потік теплового випромінювання лампи розжарювання?

6. Як оцінити власне випромінювання матеріалу, який висушується?

7. Як оцінити кількість теплоти, відведеної від матеріалу при обдуванні вентилятором?

8. Яка роль обдування повітрям вологого матеріалу в процесі сушіння?

9. Який режим сушіння більш ефективний (і за якими показниками) – радіаційний чи радіаційно-конвективний?

10. Назвіть основні елементи дослідного стенду та їх призначення.

11. Поясніть, як визначається середня температура матеріалу на підставі термограми.

12. Як на кривій сушіння визначити час сушіння вологого матеріалу?

Лабораторна робота № 5

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧІ

1. Ціль роботи

Ціль роботи – поглибити знання з теорії теплопередачі: набути навики експериментального визначення коефіцієнта теплопередачі в теплообмінному пристрої.

2. Завдання

Визначити коефіцієнт теплопередачі у теплообміннику типу «труба в трубі». Вимірювання виконати для двох схем руху теплоносія – прямотечії та протитечії.

3. Загальні відомості

Теплообмінниками називаються пристрої, в яких здійснюється передача теплоти від потоку одного теплоносія до потоку іншого. В якості теплоносія можуть бути використані різні рідини і гази. Теплоносій, що має більш високу температуру, називається гарячим, а той, що має більш низьку температуру – холодним.

Теплообмін між потоками теплоносіїв є одним з найбільш важливих процесів і часто використовується в техніці. В легкій і хімічній промисловості найбільш широко застосовують рекуперативні теплообмінники. Рекуперативні теплообмінні апарати представляють собою пристрої, в яких теплоносії, що протікають з різними температурами, розділені стінкою. Найпростішим теплообмінним апаратом рекуперативного типу є теплообмінник типу «труба в трубі».

Процес передачі теплоти від потоку одного теплоносія через стінку до потоку іншого називається теплопередачею. Теплопередача складається з трьох етапів – 1) тепловіддача від гарячого теплоносія до стінки, яка характеризується коефіцієнтом тепловіддачі α₁, 2) теплопровідність через стінку, що має коефіцієнт теплопровідності λ та товщину δ, 3) тепловіддача від стінки до холодного теплоносія, що характеризується коефіцієнтом тепловіддачі α₂. При цьому тепловіддача на межах потік теплоносія – стінка і стінка – потік теплоносія здійснюється шляхом конвективного теплообміну, а якщо теплоносій є випромінюючим газом, тоді і шляхом радіаційного теплообміну. Інтенсивність теплопередачі характеризується коефіцієнтом теплопередачі К. Коефіцієнт К чисельно дорівнює кількості теплоти, яка передається в одиницю часу від одного теплоносія до іншого через одиницю поверхні стінки при різниці температур між теплоносіями в один градус - розмірність К, Вт/(м²К).

Значення коефіцієнта теплопередачі залежить від значень коефіцієнтів тепловіддачі на межах потоку і твердої стінки α₁ і α₂, коефіцієнта теплопровідності самої стінки λ та її товщини δ. Для одношарової плоскої стінки ця залежність має вигляд:

, [Вт/(м²·К)] (5.1);

Для циліндричної стінки (труби)

, [Вт/(м·К)] (5.2);

де К_l – лінійний коефіцієнт теплопередачі (на 1 м довжини труби), d₁- внутрішній діаметр труби,d₂ – зовнішній діаметр труби.

В практичних розрахунках формулу (5.1) застосовують для труб, якщо .

Величина, зворотна коефіцієнту теплопередачі, називається повним термічним опором теплопередачі:

, [(м^2·К)/Вт].

Потужність теплового потоку, або кількість теплоти Q, яка може бути передана в теплообмінному апараті в одиницю часу від гарячого теплоносія до холодного через поверхню стінки F, що розділяє теплоносії, при середньому температурному напорі між теплоносіями Δt_сер, можна розрахувати із основного рівняння теплопередачі:

, [Вт]. (5.3)

Площа поверхні стінки F, через яку передається теплота, є основним конструктивним параметром, що характеризує теплообмінний пристрій. Коефіцієнт теплопередачі К і середній температурний напір Δt_сер є режимними характеристиками і їх значення визначаються режимом експлуатації.

Для температур теплоносіїв (гарячого і холодного) на вході в теплообмінник і на виході із нього прийняті наступні позначення: t΄₂, t˝₂ – температура гарячого теплоносія відповідно на вході в теплообмінник і виході з нього; t΄₁, t˝₁ – температура холодного теплоносія відповідно на вході в теплообмінник і виході з нього.

За напрямом течії потоків теплоносіїв рекуперативні теплообмінники розподіляють на прямотечійні (напрями теплоносіїв співпадають), протитечійні (напрями теплоносіїв протилежні), з перехресним струмом і змішані. На рис. 5.1 показані зміни температур обох теплоносіїв уздовж теплообмінника для прямотечії та протитечії.

Для режимів прямотечії та протитечії середній температурний напір:

, (5.4)

де Δt_Б – температурний напір (різниця температур між теплоносіями) на тому кінці теплообмінника, де він більше; Δt_М - температурний напір на другому кінці теплообмінника.

Якщо Δt_Б/Δt_М ≤ 1,7, тоді для визначення Δt_сер можна використати середньоарифметичний напір:

(5.5)

Рис.5.1. Характер зміни температури теплоносіїв

у теплообміннику типу „труба в трубі”.

При цьому помилка в розрахунку не перевищує 3% в порівнянні з результатом, одержаним за формулою (5.4).

Теоретичні і експериментальні дослідження показали, що при однакових витратах теплоносіїв і однакових температурах гарячого і холодного теплоносіїв на вході теплообмінника середній температурній напір для режиму протитечії вище, ніж для режиму прямотечії. Отже, протитечійний теплообмінник виходить компактнішим. Проте, якщо температура одного із теплоносіїв стала, тоді середнє значення температурного напору незалежно від схеми руху не змінюється. Це відбувається при кипінні рідин і при конденсації пари, або коли витрата однієї робочої рідини настільки велика, що її температура змінюється дуже мало.

Лабораторний стенд теплообмінника „труба в трубі” виконаний так, що гарячий теплоносій протікає у внутрішній трубі, а холодний – у зовнішній. При цьому вся кількість теплоти Q, переданої від гарячої рідини до холодної, витрачається на її нагрівання:

, [Вт] (5.6)

де: С_Р1 – теплоємність холодної рідини, кДж/(кг·К); М₁ – масова витрата холодної рідини, кг/с.

Прирівнюючи (5.3) до (5.6), маємо:

. (5.7)

Знаючи площу поверхні теплообмінника F, теплоємність С_Р1 і вимірюючи температури обох теплоносіїв на вході в теплообмінник і виході із нього, а також витрату холодного теплоносія М₁, із співвідношення (5.7) можна визначити коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м²·К):

. (5.8)