Висновок до лабораторної роботи.

Табл. 3. Результати обчислень.

№ п/п	m	α	F, м2	Δp, Па	ρ, кг/м3	М, кг/с
1.
2.
3.
4.
5.

Виконав(ла) _______________ Прийняв ________________

«___» _______________ 20 р «___» _______________ 20 р

Контрольні питання

1. Що називається витратою газу (масовим, об'ємним)?

2. Що таке дроселювання потоку? Привести приклади дросельних пристроїв.

3. У чому принципове розходження між соплом і дифузором?

4. Як виміряти витрату газу за допомогою діафрагми?

5. Який фізичний зміст коефіцієнта витрати?

6. Як визначити густину газу в умовах досліду?

7. Які вимірювальні прилади використовуються для визначення витрати рідини й газу?

8. Чи потрібно знаходити середнє значення витрати за п'яти проведеними вимірами?

9. Опишіть принцип дії диференційного манометру. Що безпосередньо віх вимірює?

10. Яка рідина є робочою речовиною в диференційному манометрі? Чи можливе використання інших робочих речовин в подібних приладах?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3

ВИЗНАЧЕННЯ ПЛОЩІ ПОВЕРХНІ ТЕПЛООБМІННИКА

Мета роботи: ознайомитися з видами теплообмінних апаратів і їхнім призначенням, навчитися визначати величину теплового потоку й коефіцієнт теплопередачі. Вивчити методику розрахунку площі поверхні теплообмінного апарата.

Прилади й приладдя: теплотехнічні таблиці, інженерний калькулятор.

Теоретична частина

Теплообмінним апаратом називається всякий пристрій, у якому одна рідина (гарячий теплоносій) передає теплоту іншій рідині (холодному теплоносієві). Як теплоносії у теплових апаратах використовуються різноманітні краплинні й пружні рідини в широкому діапазоні тисків і температур. За принципом роботи апарати діляться на регенеративні, змішувальні й рекуперативні.

У регенеративних апаратах гарячий теплоносій віддає свою теплоту пристрою, що акумулює, а той періодично передає теплоту холодному теплоносієві. Та сама поверхня обмивається періодично то холодної, то гарячою рідиною.

У змішувальних апаратах передача теплоти від гарячого теплоносія до холодного відбувається при їхньому безпосереднім змішуванні, як наприклад у конденсаторах, що змішують.

Особливо широке використання одержали рекуперативні апарати, у яких теплота від гарячого теплоносія до холодного передається через розділову стінку. Теплообмінні апарати значно відрізняються друг від друга як за своїми розмірами, так і за робочими тілами, що використані в них. Незважаючи на значну різноманітність апаратів, основні положення теплового розрахунку для них однакові.

Мал. 9. Зміна температур і рух рідин-теплоносіїв у рекуперативних теплообмінниках (прямоток, протиток, перехресний тік).

Якщо напрями руху гарячого й холодного теплоносіїв збігаються, то такий рух називається прямотоком, а якщо протилежні, то такий рух називається протитоком. Якщо ж гарячий теплоносій рухається перпендикулярно холодному теплоносієві, то такий рух називається перехресним током (рис. 1). Крім основних схем руху рідин у теплообмінних апаратах застосовують більш складні схеми руху, що представляють собою комбінацію трьох основних схем.

Метою теплового розрахунку при проектуванні нових апаратів є визначення поверхні теплообміну, а якщо остання відома, то метою розрахунку є визначення кінцевих температур робочих рідин. Основними рівняннями теплообміну при стаціонарному режимі є рівняння теплопередачі і рівняння теплового балансу.

Рівняння теплопередачі

, (1)

де Q – тепловий потік, Вт; F – площа поверхні теплообмінника, м²; Δt – середній перепад температур теплоносіїв, К; k – коефіцієнт теплопередачі, Вт/м².

Рівняння теплового балансу при відсутності теплових втрат

(2)

де М_г і М_х, С_рг і С_рх – відповідно масові витрати і середні ізобарні теплоємності гарячого і холодного теплоносіїв; t_1г и t_2г, t_1х и t_2х – відповідно температури гарячого і холодного теплоносіїв на вході та виході.

Розрахунок апарата зводиться до визначення розмірів його поверхні при заданих температурах хоча б одного теплоносія. Вирішуючи рівняння (1) і (2), одержимо

(3)

Далі завдання полягає у визначенні k і Δt, тому що обидві величини міняють свої значення по довжині апарата у зв'язку зі зміною температур теплоносіїв.

Температурний напір Δt залишається постійним, якщо хоча б одна із двох рідин перебуває в стані кипіння або конденсації, оскільки ці процеси ізотермічні. В інших випадках Δt змінюється за різними законами, що залежать від напрямку взаємного руху теплоносіїв. Установлено, що Δt змінюється за експонентним законом

(4)

де Δt_вх і Δt_вих – різниці температур теплоносіїв відповідно на вході й виході з теплообмінника.

Якщо при прямотоці , а при протитоці , тобто температури теплоносіїв змінюються незначно, то можна визначати Δt як середнє арифметичне

Δt = 0,5∙ (Δt_вх + Δt_вих). (5)

Для апаратів із прямотоком

, (6)

а із протитоком

. (7)

Коефіцієнт теплопередачі k визначається: для плоскої стінки

, (8)

а для циліндричної стінки

, (9)

де α₁ і α₂ – коефіцієнти теплопередачі; λ – коефіцієнт теплопровідності матеріалу стінки; δ – товщина стінки; d_вн і d_зов – внутрішній і зовнішній діаметри циліндричної стінки. Початкові дані для розрахунку апарату наведені в таблиці 4.

Табл. 4. Розрахункові дані.

Перша цифра шифру	Температура холодного теплоносія, °С		Коефіцієнт тепловід-дачі, k	Друга цифра шифру	Температура гарячого теплоносія, °С		Масова витрата води М, кг/с
	tx1	tx2			tг1	tг2
0	25	28	1,1	0	65	60	2,0
1	30	34	1,2	1	70	66	2,2
2	35	38	1,3	2	75	71	2,4
3	40	45	1,4	3	80	74	2,6
4	43	49	1,5	4	85	79	2,8
5	45	51	1,1	5	86	80	3,0
6	47	54	1,2	6	87	82	3,2
7	48	54	1,3	7	88	84	3,3
8	50	55	1,4	8	89	85	3,4
9	51	55	1,5	9	90	87	3,5

Середня ізобарна теплоємність холодного теплоносія С_рх = 4,12 кДж/кг∙К.