М ИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ – УЧЕБНО - НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ КОМПЛЕКС» ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ Н.Н.ПОЛИКАРПОВА ФАКУЛЬТЕТ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ Кафедра «Электротехнические дисциплины» Автор Т.В. Галаган

Процессы и аппараты

Лабораторный практикум

Орел 2012

Содержание

ВВЕДЕНИЕ	3
Лабораторная работа №1. Испытание двухтрубного теплообменника	4
Лабораторная работа №2. Определение констант отстаивание
Лабораторная работа №3. Изучение процесса сушки
Литература

ВВЕДЕНИЕ.

Данный лабораторный практикум содержит материал для выполнения лабораторных работ по читаемым разделам дисциплин «Процессы и аппараты». Данный практикум содержит методику проведения экспериментальных работ, алгоритм решения и способы обработки полученных данных. Лабораторные работы составлены так, чтобы студент не только провел работу, но и также смог проанализировать полученные данные, сделать выводы и дать рекомендации по усовершенствованию процесса и оборудования. Практикум составлен в соответствии с Государственным образовательным стандартом среднего профессионального образования «Государственные требования к минимуму содержания и уровню подготовки студентов по направлениям подготовки (специальность) – 260103 «Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий», квалификация (степень) выпускника – техник-технолог

Лабораторная работа № 1 испытание двухтрубного теплообменника (типа «труба в трубе»).

Цель работы: ознакомление с теплообменным технологическим оборудованием. Приобретение навыков расчета теплообменников

Задачи работы.

1. Изучение конструкции теплообменника «труба в трубе».

2. Испытание теплообменника. Определение коэффициента теплопередачи. Площади поверхности теплообмена.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Теплообменный аппарат - это устройство, в котором осуществля­ется передача теплоты от горячего теплоносителя холодному (нагреваемому). Теплоносителями могут быть газы, пары, жидкости. В зависимости от назначения теплообменные аппараты используют как нагреватели и как охладители.

Т еплообменники (рис.1.1.) широко применяют в различных промышленных технологических процессах, в отопительных системах, в Рис.1. 1. Различные конструкции теплообменников «труба в трубе»

Рис.1. 1.Теплообменники «труба в трубе»

двигателях внутреннего и внешнего сгорания и их системах в качестве охладите­ля наддувочного воздуха в поршневых двигателях с наддувом, радиа­тора в системе охлаждения и смазочной системе, охладителя и нагре­вателя в газотурбинных двигателях, экономайзера, пароперегревате­ля, конденсатора, подогревателя в паросиловых установках, а также в других целях.

По способу передачи теплоты теплообменники подразделяют на рекуперативные, регенеративные и смесительные. Теплообменник «труба в трубе» относится к рекуперативным теплообменникам.

В рекуперативных теплообменниках каналы, по кото­рым движутся горячий и холодный теплоносители, разделены и теп­лота передается через разделяющую их стенку. При не­изменных параметрах теплоносителей на входе остаются неизмен­ными, независимыми от времени, и параметры в любом из сечений каналов, т.е. процесс теплопередачи имеет стационарный характер. Поэтому рекуперативные теплообменники называют также стацио­нарными.

В зависимости от направления движения теплоносителей рекупе­ративные теплообменники могут быть (рис.1.2) прямоточными при парал­лельном движении теплоносителей в одном направлении (а), противоточными при параллельном встречном движении (б)

Рис.1.2 Схемы движения теплоносителей в теплообменниках «труба в трубе»: а - прямоточное; б - противоточное;

В корпусе аппарата теплоносители могут совершать один или несколько ходов. В соответствии с этим теплообменники называют, например, одноходовым по горячему теплоносителю и двухходовым по холодному теплоносителю. При увеличении количества ходов возрастает скорость движения теплоносителя, что ведет к интенсификации процесса теплоотдачи и повышению тепловой эффективности теплообменника. Однако при этом растут гидравлические потери и затраты энергии на обеспечение движения теплоносителя.

Описание лабораторного стенда

Стенд для проведения лабораторной работы включает в себя трубу большего и меньшего диаметра (рис. 1.3), вентилятор для подачи холодного воздуха и воздухонагреватель для организации потока горячего нагревателя

Рис.1.3. Схема лабораторной установки для проведения испытания теплообменного аппарата

Последовательность выполнения работы

1. Ознакомиться с конструкцией теплообменника «труба в трубе» и с помощью штангенциркуля замерить размеры теплообменника:

d_нар и d_вн - диаметры внутренней трубы, м;

D _нар и D_вн - диаметры наружной трубы, м;

2. Измерить параметры воздуха в схеме прямотока. Установить воздухонагреватель на конце внутренней трубы. С помощью анемометра, установленного на другом конце внутренней трубы измерить скорость воздуха .

3. Установить вентилятор в отверстие наружной трубы , находящееся с того же конца , что и отверстие с нагревателем (рис.6.3) и включить его. Анемометром померить скорость нагреваемого воздуха. Данные занести в таблицу.

4. Повторить замеры для противотока. Для создания противотока переместите воздухонагреватель на другой конец внутренней трубы, при этом вентилятор нагреваемого воздуха не трогать. Теперь, входы одного потока совпадают с выходами другого потока.

5. Провести измерения указанные в пунктах 2-4 три раза че­рез каждые 5 минут после установления стационарного режима и за­нести их в таблицы 6.1а и 6.2а соответственно;

6. После окончания измерения выключить установку.

Обработка результатов испытаний.

1. Тепловая нагрузка Q на теплообменник определяется по формуле 1.1, Вт, для нагреваемого воздуха:

Q = G ·с_ср (t_2вых - t_2вх) (1.1)

где G = w· f · ρ - массовый расход нагреваемого воздуха через трубу, кг/с;

с_cp - теплоемкость воздуха, Дж/кг К;

f - живое сечение трубы для прохода нагреваемого воздуха, м, определяется по формуле 1.3 ;

ρ - плотность воздуха, кг/м³;

w- скорость ветра в сечении трубы, измеренная анемометром, м/с;

с_cp и ρ - берутся при средней температуре воздуха в трубе по таблице 1.3.

t_cp = (t_{2вых +} t_2вх) / 2 (1.2)

(1.3)

где d_экв – эквивалентный диаметр внутреннего теплообменного пространства теплообменника, м, определяется по формуле

2. Коэффициент теплопередачи К определяется по формуле 1.4, :

(1.4)

где α₁ - коэффициент теплоотдачи от греющего воздуха к стенке трубы , , определяется по формуле 1.5;

α₂ - коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к нагреваемому воздуху, , определяется по формуле 1.5;

- термическое сопротивление стенки трубы;

 - толщина стенки трубы, м;

 - коэффициент теплопроводности материала трубы, ;

 = 6,2 + 4,2w; ( 1.5.)

где w – скорость воздуха в соответствующей трубе, м/с, замеряется анемометром.

3. Площадь поверхности теплообмена , м², определяется по формуле 1.6

(1.6.)

4. Для определения температурного напора Δt _ср () строим схемы потоков как на рисунке 6.4. как для прямотока, так и для противотока. Определяем значения разностей (t₁ - t₂) на концах потоков и присваиваем им обозначение Δt _б и Δt _м , соответственно. Если величины незначительно отличаются друг от друга, а их отношение Δt _б / Δt _М < 2, то средний температурный напор можно приближенно определить из выражения 6.7:

Δt _ср = (Δt _б + Δt _М) / 2. (1.7)

а при Δt_б / Δt_М > 2 средняя разность температур (средний логарифмический температурный напор), определяется по формуле 1.8:

где Δt _ср = (1.8)

Рис.1.4. Схема определения средней рабочей температуры Δt _СР установки при прямотоке и противотоке

Протоколы результатов измерений и вычислений прямотока

Таблица 1.1а

№	tвх1, °С	tвых1, °С	tвх2, °С	tвых2, °С	w1, м/c	w2, м/c	G, кг/c	, кг/м3	с, Дж/кг∙К	Q, Вт
1
2
3

Таблица 1.1б

№	α1,	α2,	, м	,	К,	Δt ср (θ) °С	F, м2
1
2
3

Протоколы результатов измерений и вычислений противотока

Таблица 1.2а

№	tвх1, °С	tвых1, °С	tвх2, °С	tвых2, °С	w1, м/c	w2, м/c	G, кг/c	с, Дж/кг∙К	Q, Вт
1
2
3

Таблица 1.2б

№	α1,	α2,	, м	,	К,	Δt ср (θ) °С	F, м2
1
2
3

Инструменты.

1. Анемометр

2. Штангенциркуль.

3. Термометры.

4. Линейка.

Таблица 6.3.

Физические свойства сухого воздуха

при Р = 760 мм.рт.ст. = 98 кПа

Температура, оС	Плотность , кг/м3	Теплоемкость С, кДж/(кгК)	Теплопроводность ·102, Вт/(м к)	Вязкость динамическая ·106,Па с	Число Прандтля Pr
–20	1,395	1,009	2,28	16,2	0,716
–10	1,342	1,009	2,36	16,7	0,712
0	1,293	1,005	2,44	17,2	0,707
10	1,247	1,005	2,51	17,6	0,705
20	1,205	1,005	2,59	18,1	0,703
30	1,165	1,005	2,67	18,6	0,701
40	1,128	1,005	2,76	19,1	0,699
50	1,093	1,005	2,83	19,6	0,698
60	1,060	1,005	2,90	20,1	0,696
70	1,029	1,009	2,96	20,6	0,694
80	1,000	1,009	3,05	21,1	0,692
90	0,972	1,009	3,13	21,5	0,690
100	0,946	1,009	3,21	21,9	0,688
120	0,898	1,009	3,34	21,9	0,688
140	0,854	1,013	3,49	23,7	0,684
160	0,815	1,017	3,64	24,5	0,682
180	0,779	1,022	3,73	25,3	0,681

Форма отчетности.

1. Краткое описание лабораторной работы.

2. Схема установки.

3. Результаты измерений и расчетов (табл.1.1а,б и 1.2а,б). Схемы для определения температурного напора для каждого измерения

4. Анализ результатов и выводы.

В выводах необходимо указать значимость проведенных расчетов в выборе теплообменников такого типа. Показать различия теплообменников и какие параметры влияют на технологические режимы, какие параметры определяют материальные затраты.

Контрольные вопросы.

1. Чем отличаются и в чем назначение рекуперативных и регенеративных теплообменников?

2. При какой температуре определяют термодинамические свойс­тва воздуха?

3. Для чего необходимо определять направление потоков рабочих веществ? На какие параметры влияет?

4. Как влияет скорость воздуха на изменение коэффициента теплопередачи?

6. Как увеличить площадь теплообмена ? И за чем это надо?