Дослідження роботи рекуперативного водоводяного теплообмінного апарату
1. Мета і завдання роботи
Дана робота повинна допомогти студеному опанувати теорією процесів теплообміну між двома теплоносіями, ознайомити з методикою експериментального визначення коефіцієнта теплопередачі у водоводяному теплообміннику і прищепити навики до самостійного проведення експериментальних досліджень.
Завданнями даної лабораторної роботи є визначення значень коефіцієнта теплопередачі від тієї, що гріє до води, що нагрівається, в теплообміннику типу «труба в трубі» і встановлення його залежності від схеми, температурного натиску, водяного еквівалента і ін. чинників, досліджуваних в роботі.
До лабораторної роботи слід приступити після опрацьовування наступної літератури:
1. Михеев М.А., Михеева И.М. Основи теплопередачі. - М.:Энергия,1977, 343с. (га.VIII, §8-1, 8-2).
2. Нащокин В.В. Технічна термодинаміка і теплопередача. М.: Вища школа. 1980, - 469 с. (гл.30).
3. Исаченко В.П., Осипова В .А., Сукомел Л.С. Теплопередача. - М.: Энер-гоиздат.1981 -417 с. (гл. 19,20).
2. Основні теоретичні положення роботи
Теплообмінним апаратом або теплообмінником називається пристрій, в якому здійснюється процес передачі теплоти від одного теплоносія до іншого. Теплообмінники, в яких теплота від гарячого теплоносія до холодного передається через стінку, що розділяє їх, називаються рекуперативними
Якщо в теплообміннику гаряча і холодна рідини протікають паралельно і в одному напрямі, то така схема руху називається прямотком. Якщо рідини рухаються паралельно, але в прямо протилежні напрями (назустріч), то така схема руху називаєте протитечією. Якщо рідини протікають у взаємно перпендикулярному напрямі, то схема руху називається поперечним (перехресним) струмом. Крім таких простих схем рухи здійснюються і складніші: одночасно прямотік і протитечія, багато разів перехресний струм і ін.
Гріючі рідини, що нагріваються, можуть мати різні фізичні властивість, агрегатний стан, температуру, тиск і швидкість руху.
Поверхня теплообміну також може розрізнятися формою, розмірам, компоновці і т.д.
Унаслідок вищевідзначеного будуть різними як приватні термічно опори тепловіддачі для кожної з двох робочих рідин, так і загальний термічний опір теплопередачі, залежне від них, Отже, різною буде і інтенсивність теплопередачі в теплообміннику.
У даній роботі потрібний досвідченим шляхом досліджувати впливи, які надають зміни схеми руху (прямотік і протитечія) і водяних еквівалентів рідин на інтенсивність процесу теплопередачі в теплообміннику твань «труба в трубі». Інтенсивність процесу теплопередачі характеризується коефіцієнтом теплопередачі між гріючими рідинами, що нагріваються. Визначити цей коефіцієнт можна з наступного співвідношення
Вт/(
м2·К)
де Q - кількість теплоти, передавана гарячим теплоносієм холодному через поверхню теплообміну в одиницю часу, Вт; F - розрахункова площа поверхні теплообміну, м2; Δt -середнєлогарифмічне значення температурного натиску між гріючими рідинами, що нагріваються, радий.
Якщо в експерименті визначити значення величі Q, F і Δt, то і формулі (1) можна знайти значення коефіцієнта теплопередачі . 3. Опис експериментальної установки
Схема лабораторної установки для дослідження процесів теплопередачі у водоводяному теплообміннику приведена на мал. 1. Установка полягає і теплообмінника 1, ротаметричних витратомірів 2, 3 для вимірювання витрато гарячіше і холодної води, системи з'єднай тільних трубопроводів і шлангів замочно-регулюючої арматури 5,6, кільцевого перемикача 7, термопара 9-12 і потенціометра 8 для вимірювання температур тепловіддаючої і теплосприймаючої води па вході і виході з теплообмінного апарату.
Теплообмінник 1, є горизонтальний двотрубний елемент, виготовлений з латунної і сталевий співісних трубок, вставлених одна в іншу. Внутрішня латунна труба має діаметри (мм) d2;/d1=16/14 зовнішня сталева труба - Д2/Д1 = 26,8/21,2.
Гаряча вода протікає по внутрішній трубці, а холодна в міжтрубному просторі. Робоча довжина секції рівна 950 мм. Для зменшення теплових втрат в навколишнє середовище зовнішня труба із зовнішньої поверхні покритий тепловою ізоляцією.
Рис, 1. Схема експериментальної установки:
1 - теплообмінник; 2, 3 - ротаметри; 4 - гнучкий трубопровід; 5, 6 - водорозбірний крен; 7 - кільцевий перемикач; 8 - переносний потенціометр постійного струму (ПП-63); 9, 10, І, 12- робочі спаї термопар;
Гаряча вода поступає з центральної тепломережі або з місцевого електроводонагрівача через водорозбірний крап 5 у внутрішню трубу теплообмінника, потім через ротаметр 2 на злив.
Ротаметр є прозорим конічну вертикальну трубку, що розширюється догори, усередині якого співісного на струні розташований поплавець. Вертикальний потік води проходить від низу до верху і обтікає поплавець, який володіє негативною плавучістю і спливає не під дією архімедових сил, а в результаті дії на нього динамічного тиску з боку рухомого потоку. Ця дія залежить від швидкості потоку. При підйомі поплавця за рахунок збільшення зазору між ним і внутрішньою поверхнево конічної трубки швидкість потоку знижується і на деякій висоті під'їла поплавець зупиняється. Ця висота відповідає даній витраті контрольованого середовища. Таким чином, чим більше висота підйому поплавця, тим більше витрата вимірюваного середовища і навпаки. Тарировочна характеристика ротаметра, у вигляді графічної залежності витрати потоку від висоти переміщення поплавця, приведена на установці.
Безперервність і наочність свідчень ротаметра дозволяють контролювати і підтримувати витрату води через теплообмінник постійним протягом всього досвіду
Гаряча вода протікає по теплообміннику завжди в одному напрямі.
Холодна вода з водопровідної мережі через водорозбірний кран 6 і. ротаметр 3 поступає в міжтрубний простір теплообмінника, а по виходу з теплообмінника - на злив.
Вхідний I і вихідний II штуцери теплообмінника виконано ідентичними, трубопровід 4 виконаний гнучким так, що його можна під'єднати або до одного, або до іншого штуцера, змінюючи напрям руху холодної води. При прямотоці трубопровід 4 приєднаний до штуцера I, а при протитечії - до штуцера II.
Температура холодної і гарячої води при вході і виході з теплообмінника вимірюється за допомогою хромель-копелевих термопар, гарячі, (робочі спаї) яких закріплені усередині відповідних штуцерів теплообмінника але центру прохідного перетину.
Вимірювання електрорушійної сили термопар проводиться лабораторним потенціометром типу ПП-63. Зняття свідчень ТЕРМО-ЕРС проводиться послідовно для кожної з чотирьох термопар приєднуваних до потенціометра по черзі за допомогою кільцевого перемикача 7.
Тарировочна характеристика термопар у вигляді табличної залежності температури від ТЕРМО-ЕРС додається до установки.