
- •Лабораторна робота 1
- •Вимірювання розходу рідини з використанням рівняння Бернуллі
- •Опис лабораторної установки
- •Хід виконання експерименту
- •Розрахунок технічних параметрів гідравлічного пресу
- •Опис завдання
- •Розв’язок
- •Розрахунок параметрів транспортування рідини по трубопроводу незмінного перерізу між двома ємностями
- •Хід роботи
- •Розміри конструктивних елементів теплообмінника:
- •Трубний простір
- •Результати відбору проб і титрування
- •Параметри екстракції (деякі значення наведені для порівняння)
- •Параметри титрування (деякі значення наведені для порівняння)
Хід роботи
Обережно відкрити крани і подати воду у напірні ємності (3) і (8) так, щоб рівень води в них тримався трохи вище переливних отворів.
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.
Прикрити запірні крани (6) і (10) до положення, вказаного викладачем і переконатись, що рівень води у напірних ємностях лишається вище переливних отворів.
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.
Виміряти розхід води у трубі і між трубному просторі 3-5 разів. Результати вимірювання розходів і покази 4-х термометрів занести у таблицю.
Виключити нагрівник, перекрити запірні крани (6) і (10), перекрити подачу води у напірні ємності та повернути весь лабораторний інвентар асистенту.
Заповнити таблицю експериментальних вимірювань.
Трубний простір |
Міжтрубний простір |
|||||||
Розхід води, м3/с |
Час вимірювання температури |
Температура, 0С |
Розхід води, м3/с |
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
Виходячи з відомих геометричних розмірів теплообмінника, розрахувати величину площі циліндричної поверхні теплообміну
(м2). Фактично це площа поверхні внутрішньої труби теплообмінника. Розрахунок середнього радіусу наведений у п. 7 теоретичного розрахунку (наступний розділ).
Виходячи з виміряних об’ємних розходів води розрахувати середній об’ємний розхід (м3/с).
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.
Визначити втрати тепла у довкілля
.
Виходячи з виміряних різниць температур на кінцях теплообмінника визначити, яка з них використовуватиметься як
, а яка -
і розрахувати середній температурний напір
по (****).
Розрахувати величину експериментального коефіцієнту теплопередачі КТ з (*):
.
Згідно наведеної нижче методики розрахувати теоретичне значення КТ і порівняти його з експериментальним.
ПОРЯДОК ТЕОРЕТИЧНОГО РОЗРАХУНКУ КТ
Розрахувати коефіцієнт тепловіддачі для трубного простору
. Для цього слід розрахувати площу поперечного перерізу внутрішньої труби виходячи з її внутрішнього діаметру (радіусу)
.
Знайти середню швидкість руху води у внутрішній трубі
, де
- середній виміряний об’ємний розхід води.
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).
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.
Маючи розраховане число Нуссельта, обчислюють
, де - коефіцієнт теплопровідності води з довідкової таблиці, - діаметр внутрішньої поверхні трубки.
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
.
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)
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