Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лабораторні роботи (3).doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
1.49 Mб
Скачать

Хід роботи

  1. Обережно відкрити крани і подати воду у напірні ємності (3) і (8) так, щоб рівень води в них тримався трохи вище переливних отворів.

  2. Повністю відкрити запірні крани (6) і (10) і дочекатися встановлення потоку води у магістралях та видалення всіх повітряних пробок. При необхідності пробки видалити шляхом «прокачування» еластичних частин магістралей.

  3. Прикрити запірні крани (6) і (10) до положення, вказаного викладачем і переконатись, що рівень води у напірних ємностях лишається вище переливних отворів.

  4. Подати вказану викладачем напругу на нагрівник і через кожні 2 хв. записувати покази всіх чотирьох термометрів, встановлених на теплообміннику. Дочекатися моменту, коли покази всіх термометрів будуть незмінні протягом 6 хв., що вказує на те, що режим теплообміну стабілізувався. Всі покази термометрів до моменту встановлення режиму теплообміну у таблицю не заносити, фіксувати їх у чернетці. Вода на вході у теплообмінник повинна бути нагріта мінімум до 50 0С, на виході – бути мінімум на 5 0С холодніша, в іншому разу результати будуть неточні.

  5. Виміряти розхід води у трубі і між трубному просторі 3-5 разів. Результати вимірювання розходів і покази 4-х термометрів занести у таблицю.

  6. Виключити нагрівник, перекрити запірні крани (6) і (10), перекрити подачу води у напірні ємності та повернути весь лабораторний інвентар асистенту.

  7. Заповнити таблицю експериментальних вимірювань.

Трубний простір

Міжтрубний простір

Розхід води, м3

Час вимірювання температури

Температура, 0С

Розхід води, м3

Час вимірювання температури

Температура, 0С

Вхід

Вихід

Вхід

Вихід

Розміри конструктивних елементів теплообмінника:

Внутрішня труба: =1,235 м; зовнішній і внутрішній діаметри м, м.

Зовнішня труба: =1,235 м; зовнішній і внутрішній діаметри м, м.

ОБРОБКА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДАНИХ

  1. Виходячи з відомих геометричних розмірів теплообмінника, розрахувати величину площі циліндричної поверхні теплообміну 2). Фактично це площа поверхні внутрішньої труби теплообмінника. Розрахунок середнього радіусу наведений у п. 7 теоретичного розрахунку (наступний розділ).

  2. Виходячи з виміряних об’ємних розходів води розрахувати середній об’ємний розхід (м3/с).

  3. Розрахувати кількості теплоти, що віддала тепла вода (Qг) і отримала охолоджуюча (Qх). Для цього скористатися формулою , де - середня теплоємність води для трубного чи міжтрубного простору (з довідкової таблиці), - маса води, що пройшла через трубний, чи між трубний простір, кг; - різниця температур на вході і на виході.

  4. Визначити втрати тепла у довкілля .

  5. Виходячи з виміряних різниць температур на кінцях теплообмінника визначити, яка з них використовуватиметься як , а яка - і розрахувати середній температурний напір по (****).

  6. Розрахувати величину експериментального коефіцієнту теплопередачі КТ з (*): .

  7. Згідно наведеної нижче методики розрахувати теоретичне значення КТ і порівняти його з експериментальним.

ПОРЯДОК ТЕОРЕТИЧНОГО РОЗРАХУНКУ КТ

  1. Розрахувати коефіцієнт тепловіддачі для трубного простору . Для цього слід розрахувати площу поперечного перерізу внутрішньої труби виходячи з її внутрішнього діаметру (радіусу) .

  2. Знайти середню швидкість руху води у внутрішній трубі , де - середній виміряний об’ємний розхід води.

  3. Знайти характеристичне число Рейнольдса для потоку води у внутрішній трубі (dв – внутрішній діаметр труби, - кінематична в’язкість води з довідникової таблиці для середньої температури між кінцями внутрішньої труби).

  4. Виходячи зі знайденого числа Рейнольдса, розрахувати число Нуссельта для відповідного режиму руху води використовуючи необхідні дані з довідкової таблиці для середньої температури між кінцями труби:

Re>10000 (турбулентний)

2300<Re<10000 (перехідний)

Re<2300 (ламінарний)

Для останнього варіанту число Грасгофа обчислюють за формулою . Тут - діаметр внутрішньої поверхні трубки, - прискорення вільного падіння, - коефіцієнт теплового розширення води з довідкової таблиці, - середній температурний напір з (****), - кінематична в’язкість води з довідкової таблиці.

  1. Маючи розраховане число Нуссельта, обчислюють , де - коефіцієнт теплопровідності води з довідкової таблиці, - діаметр внутрішньої поверхні трубки.

  2. Аналогічно розраховують для міжтрубного простору. Тут в якості еквівалентного діаметру скрізь використовують величину , де - діаметр внутрішньої стінки зовнішньої труби, - діаметр зовнішньої стінки внутрішньої труби. Число Нусельта для міжтрубного простору розрахувати за рівняннями згідно п 4 вище (відповідно до отриманого числа Рейнольдса). Після цього знаходять .

  3. Знайшовши і розраховують величину КТ за формулою (***). У цій формулі прийняти середній радіус циліндричної стінки внутрішньої труби , коефіцієнт теплопровідності для скла пірекс Дж/(с м К)

  4. Порівняти експериментальну і теоретичну величину коефіцієнту тепловіддачі КТ.

Довідкова таблиця

Деякі фізичні властивості води

СХЕМА ПЕРЕРІЗІВ І РОЗМІРІВ ТРУБ ТЕПЛООБМІННИКА

вода

вода

вода скло вода

ПОЯСНЮЮЧИЙ ПРИКЛАД ДЛЯ РОЗРАХУНКІВ ПО ЛАБОРАТОРНІЙ РОБОТІ

Вихідні дані: отримані експериментальні результати.

Трубний простір: tвх=64, tвих=48, час витікання 0,5 л води – 106 с.

Міжтрубний простір: tвх=14, tвих=29, час витікання 0,5 л води – 140 с.

РОЗРАХУНОК ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЇ ВЕЛИЧИНИ КТ

1. = м – це середній радіус трубного простору. Площа поверхні теплообміну: = 0,289 м2.

2. Об’ємні і масові розходи води.

Трубний простір: 1 л набрався за 212 с, отже об’ємний розхід води VТ = 1/212 = 0,00472 л/с, або 0,00472*10-3 м3/с = 4,72*10-6 м3/с.

Міжтрубний простір: 1 л набрався за 280 с, отже об’ємний розхід води VМТ = 1/280 = 0,00357 л/с, або 0,00357*10-3 м3/с = 3,57*10-6 м3/с.

3. Кількості теплоти, віддані трубним і отримані міжтрубним просторами .

Трубний простір: різниця температур між кінцями трубного простору . Середня теплоємність воли для цього проміжку . Маса води, що пройшла через трубний простір за 106 с – 0,5 кг.

кДж.

Міжтрубний простір: різниця температур між кінцями трубного простору . Середня теплоємність для цього проміжку . Маса води, що пройшла через міжтрубний простір за той же проміжок часу, за який у трубному просторі проходить 0,5 кг (106 с) дорівнює 0,5*106/140 = 0,38 кг.

кДж.

4. Втрати тепла у довкілля: кДж.

5. Більший стрибок температур на одному з кінців теплообмінника = 64-14= 54 град. Менший стрибок на іншому: = 48-29=19 град. Згідно формули (****) розраховуємо середній температурний напір :

град.

6. Експериментальний коефіцієнт КТ:

кДж/(м2 град).

РОЗРАХУНОК ТЕОРЕТИЧНОЇ ВЕЛИЧИНИ КТ