Порядок виконання розрахунку

1. За номером в журналі вибирають початкові дані для розрахунку тепло-обмінного апарату.

1. Визначають потужність теплового потоку Q, яку потрібно передати від гарячого теплоносія до холодного, виходячи з рівняння теплового балансу (2).

2. Розраховують коефіцієнти тепловіддачі α₁ і α₂, а потім по формулі (8) або (9) знаходять коефіцієнт теплопередачі k.

3. По формулі (4) визначають середнє значення температурного напору Δt.

4. З рівняння теплопередачі (1) знаходять площу F теплообмінника.

5. По відомій площі F розраховують довжину трубок теплообмінника.

Форма звіту

Лабораторна робота № 3

Визначення площі поверхні теплообмінника

Мета роботи …

Обладнання …

Розрахунок теплового потоку Q = ...

Схема апарату з прямотоком.

Розрахунок перепаду температур для апарату з прямотоком Δt = ...

Розрахунок площі робочої поверхні апарата з прямотоком F = ...

Схема апарату з протитоком.

Розрахунок перепаду температур для апарату з протитоком Δt = ...

Розрахунок площі робочої поверхні апарата з протитоком F = ...

Порівняння отриманих результатів для обох типів апаратів.

Висновки до лабораторної роботи.

Виконав(ла) _______________ Прийняв ________________

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

Контрольні питання

1. Що називається теплообмінним апаратом?

2. На які групи діляться теплообмінні апарати?

3. По яких схемах здійснюється рух рідин?

4. Запишіть рівняння теплопередачі й теплового балансу.

5. Який порядок виконання теплового розрахунку?

6. Які робочі рідини використовують в теплообмінних апаратах?

7. Чим визначається ефективність роботи теплообмінного апарата?

8. Де використовуються теплообмінні апарати?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4

Визначення коефіцієнта теплопровідності ізоляційних матеріалів МетОдом труби

Мета роботи: визначення теплопровідності матеріалу методом труби.

Прилади й приладдя: досліджуваний зразок, термопари, мілівольтметр, нагрівач.

Теоретична частина

Перенос енергії у вигляді теплоти в просторі відбувається за умови, що тіло або система тіл має неоднакову температуру. Цей процес називається теплообміном. Спостереження за процесом розповсюдження тепла показали, що теплообмін – складне явище, яке можна представити як сукупність трьох елементарних форм: теплопровідності, конвекції та теплового випромінювання.

Явище теплопровідності складається в переносі теплоти з однієї частини тіла в іншу (або від одного тіла до іншого) при їхньому контакті за рахунок обміну внутрішньої між елементами систем. Механізм переносу теплоти в цьому випадку пов'язаний з коливальним рухом структурних часточок - молекул, атомів - у процесі їхнього теплового руху без переміщення мас речовини. У чистому виді теплопровідність має місце у твердих тілах і в тонких нерухливих шарах рідини або газу.

У рідинах і газах перенос теплоти може відбуватися не тільки шляхом теплопровідності, але, у більшості випадків, у результаті переміщення маси речовини, що веде до перемішування "гарячих" часточок з "холодними". Такий вид теплообміну називається конвекцією. Очевидно, що перенос тепла в рідких і газоподібних тілах може відбуватися одночасно шляхом конвекції й теплопровідності.

У просторовій системі, що складається з декількох тіл з різною температурою, що не перебувають у безпосередньому контакті, теплообмін відбувається шляхом випромінювання. У просторі, що розділяє тіла, тепло переноситься електромагнітними хвилями. Така форма теплообміну називається тепловим випромінюванням. Здатність випромінювати теплоту мають у більшому або меншому ступені всі тіла, залежно від їхньої температури, фазового стану й фізичних властивостей.

Спостережувані в природі й техніці явища теплообміну відносяться до так званих складних видів теплообміну (тепловіддача, теплопередача та ін.), що включають в себе одночасно всі елементарні форми - теплопровідність, конвекцію й випромінювання, тому окремі форми теплообміну можуть бути досліджені тільки в лабораторних умовах.

В основі теорії теплопровідності лежить закон Фур'є, відповідно до якого щільність теплового потоку всередині тіла з неоднорідним розподілом температури залежить від градієнта температури і властивостей тіла:

q = - λ∙ grad t,

де q – щільність теплового потоку, Вт/м²; λ - коефіцієнт теплопровідності, що характеризує швидкість переносу тепла, Вт/(м∙ К); grad t - градієнт температури, що представляє собою частинну похідну від температури по нормалі до ізотермічної поверхні, К/м.

Щільність теплового потоку q являє собою потужність теплового потоку Q, віднесену до одиниці площі поверхні F, через яку проходить тепловий потік:

q = .

Числове значення коефіцієнта теплопровідності визначає кількість теплоти, що проходить через одиницю ізотермічної поверхні в одиницю часу за умови, що градієнт температури дорівнює одиниці. Наприклад, якщо теплопровідність стали λ = 50 Вт/(м∙К), це значить, що при зміні температури на 1 К на відстані 1м через 1м² ізотермічної поверхні стали проводиться теплова потужність 50 Вт.

Гарною теплопровідністю володіють матеріали, у яких 3 < λ < 460 Вт/(м∙ К). У теплоізоляційних і будівельних матеріалів, що мають пористу структуру, коефіцієнт теплопровідності змінюється в діапазоні від 0,2 до 3,0 Вт/(м∙К), для повітря λ = 0,005...0,6 Вт/(м∙К). Коефіцієнт теплопровідності міняється зі зміною тиску і температури.

Стосовно до окремих технічних задач, використання закону Фур'є дозволяє одержати розрахункові формули для визначення щільності теплового потоку. Зокрема, для плоскої одношарової стінки потужність Q теплового потоку прямо пропорційна коефіцієнту теплопровідності λ, її площі F, різниці температур на внутрішній t_c1 і зовнішній t_c2 поверхнях стінки й обернено пропорційна товщині стінки δ:

Q = (t_c1 – t_c2).

Для циліндричної одношарової стінки

,

де l – довжина циліндричної стінки, м; d₁, d₂ – відповідно внутрішній і зовнішній діаметри циліндричної стінки, м; t_c1, t_c2 – середні температури двох сторін поверхні стінки, ⁰С.

Серед різних методів визначення коефіцієнта теплопровідності ізоляційних матеріалів метод труби представляє значний практичний інтерес з тієї причини, що він дає можливість випробовувати теплоізоляційні якості матеріалів, що застосовуються для покриття трубопроводів, по яких тече теплоносій (гаряча вода, пара й ін.). Методом туби можна випробовувати й багатошарову теплову ізоляцію в умовах, найбільш близьких до реальних.