Практична робота № 3

Тема. Визначення середнього температурного напору та коефіцієнта теплопередачі.

Мета. Навчитися розраховувати середній температурний напір, коефіцієнт теплопередачі і поверхню теплообміну при прямоточному та протиточному русі теплоносіїв.

Методичні вказівки

Кількість теплоти, що передається від одного теплоносія до іншого:

Q = K · F · t_сер, Вт, (3.1)

де К – коефіцієнт теплопередачі, Вт/м²·К;

F – поверхня теплообміну, м²;

t_сер – середній температурний напір, ⁰С.

Коефіцієнт теплопередачі розраховується за формулою:

, Вт/м²·К, (3.2)

де α₁ і α₂ – коефіцієнти тепловіддачі, Вт/м²·К;

δ₁ – товщина стінки, м;

λ₁ – коефіцієнт теплопровідності (довідник) Вт/м·К.

α₁ α₂

δ

Середній температурний напір розраховується для двох випадків:

Протиток

t^г_поч t^г_кін Δt_max = t^г_поч – t^х_кін

t^х_кін t^х_поч Δt_min = t^г_кін – t^х_поч

Прямоток

t^г_поч t^г_кін Δt_max = t^г_поч – t^х_поч

t^х_поч t^х_кін Δt_min = t^г_кін – t^х_кін

t_max t_min

– якщо , то ; (3.3)

– якщо , то . (3.4)

Витрату гріючої пари розраховують за формулою:

G_пари= Q / r, кг/с, (3.5)

де r – питома теплота пароутворення, кДж/кг, залежить від тиску пари, або її температури [2, с.550];

Q – кількість теплоти, Вт.

Кількість тепла визначається за формулою:

Q = G^гар · С^гар ·(t^гар_поч. – t^гар_кін) = g^хол · С^хол ·(t^хол_кін. – t^хол_поч), Вт, (3.6)

де G, g – витрата гарячого і холодного теплоносіїв, кг/с;

С – питома теплоємність теплоносія при відповідній температурі, ⁰С;

t^гар_поч. , t^гар_{кін –} початкова і кінцева температури гарячого теплоносія, ˚С;

t^хол_кін. – t^хол_поч.– початкова і кінцева температури холодного теплоносія, ˚С.

Задача 3.

Записуємо рівняння теплопередачі:

Q = К · F · Δt_cер, Вт,

де Q – теплове навантаження апарата, Вт;

К – коефiцiєнт теплопередачi, Вт/м²·К;

F – поверхня теплообмiну, м²;

Δt_cер – середній температурний напір, ⁰С.

Коефіцієнт теплопередачі визначається за формулою:

Вт/м²·К.

Теплове навантаження на апарат по холодному теплоносію визначається за формулою:

Q = g_хол ∙ С_хол ∙ , Вт,

де g_хол = 5 кг/с – масові витрати холодного теплоносія;

С_хол – питома теплоємність бензолу при середній температурі, Дж/кг·К;

t^хол_поч = 20⁰С – початкова температура бензолу;

t^хо_кін = 40⁰С – кінцева температура бензолу.

Середня температура бензолу визначається за формулою:

⁰С.

При t_б = 30⁰С теплоємність бензолу встановить С_в =1778,5 Дж/кг∙К [1, с.808].

Теплове навантаження апарату визначається за формулою:

Q = g_хол ∙ С_хол ∙ = 5 ∙ 1778,5 ∙ (40 – 20) = 177850 Вт.

Визначаємо середній температурний напір для протитоку.

Для визначення середнього температурного напору необхідно знати температуру двох теплоносіїв, а у нас за умовами відомо, тільки температура холодного теплоносія, але сказано, що рідина нагрівається тиском 0,12 МПа. Для гарячої рідини початкова і кінцева температура визначається за таблицею залежності температури від тиску [2, с.550].

З фізики Ви знаєте, що 1 ат – 0,1 МПа,

х ат – 0,12 МПа, то

х = 1,2 ат -------- t = 104,2⁰С.

Для визначення середнього температурного напору необхідно накреслити рух теплоносія – протиток, відповідно до завдання.

1 04,2⁰С 104,2⁰С гарячий теплоносій – водяна пара

4 0⁰С 20⁰С холодний теплоносій – бензол

Рисунок 2.1 – Протиточний рух теплоносіїв

За рисунком 2.1 визначити:

– максимальну різницю температур

∆t_max = 104,2 – 40 = 64,2⁰С;

– мінімальну різницю температур

∆t_min = 104,2 – 20 = 84,2⁰С.

Оскільки має місце співвідношення < 2,

то середній температурний напір визначається за формулою:

⁰С.

Розрахунок поверхні теплообміну.

З рівняння теплопередачі виводимо поверхню теплообміну:

Q = К · F · Δt_cер, Вт

м².

Відповідь: поверхня теплообміну дорівнює 5,3 м².