6 Методические указания к лабораторной работе №6 «Определение коэффициента теплопередачи при движении жидкости в теплообменнике типа «труба в трубе» в зависимости от схемы движения теплоносителя»

6.1 Цель работы

Исследование теплотехнических характеристик теплообменника типа «труба в трубе», оценка влияния способа организации циркуляции теплоносителя на характеристики теплообменника.

6.2 Теоретическая часть

Тепловой поток при нагреве или охлаждении теплоносителя рассчитывается по формуле:

(6.1)

где Q – тепловой поток, воспринимаемый или отдаваемый теплоносителем, Вт;

G – массовый расход теплоносителя, кг/с;

С_Р – теплоемкость теплоносителя, Дж/кг∙К;

– разница температур теплоносителя на входе и выходе из теплообменника, ˚С;

КПД теплообменника определяется по формуле:

(6.2)

где Q_X – тепловой поток, воспринимаемый холодным контуром;

Q_Г – тепловой поток, передаваемый горячим контуром.

Интегральный коэффициент теплопередачи от одного теплоносителя к другому находится из уравнения:

(6.3)

где Q – тепловой поток, передаваемый через теплообменную поверхность, Вт;

k – коэффициент теплопередачи, Вт/м²∙К;

F – площадь теплообменной поверхности, м²;

– логарифмический температурный напор, К:

(6.4)

где и – больший и меньший температурные напоры на теплообменной поверхности; определяются по диаграмме температурных напоров (рисунок 12)

Рисунок 12 – Диаграмма температурных напоров для теплообменника

6.3 Описание лабораторной установки:

Лабораторная установка предназначена для исследования теплотехнических характеристик теплообменников различных типов (кожухотрубный теплообменник, теплообменник типа «труба в трубе» и воздушно-водяной теплообменник), определения теплоемкости и вязкости жидкости.

Общий вид установки представлен на рисунке 13.

Рисунок 13 – Стенд учебный «Теплотехника жидкости»

Гидравлическая схема стенда приведена на рисунке 14.

Рисунок 14 – Гидравлическая схема стенда

Учебный стенд имеет два контура циркуляции теплоносителя:

– 1 контур(горячая ветка);

– 2 контур (холодная ветка)

Теплообменник труба в трубе (ТОТТ) представлен на рисунке 15. Внутренняя трубка диаметром 9,5х1 мм изготовлена из меди, внешняя трубка диаметром 30х3 мм выполнена из оргстекла. Длина теплообменной поверхности 455 мм.

Рисунок 15 – Теплообменник «труба в трубе»

При исследовании теплообменника типа « труба в трубе» используются следующие элементы лабораторной установки:

– теплообменник «труба в трубе»;

– бак запаса воды;

– нагревательный элемент;

– 4 насоса (по 2 насоса на каждый контур);

– запорная и регулирующая арматура;

– расходомеры;

– охладитель теплоносителя холодной петли циркуляции теплоносителя.

Теплоноситель с напора насосов Н2 и Н3 подается в нагревательный элемент БГКН, после которого направляется во внутреннюю трубу теплообменника ТОТТ. Пройдя теплообменник и отдав часть энергии теплоносителю второго контура вода поступает на всас насосов Н2 и Н3. Теплоноситель второго контура с напора насосов Н1, пройдя расходомерное устройство РМ1 и напорный коллектор, направляется в межтрубное пространство теплообменника ТОТТ. Пройдя теплообменник вода направляется в сборный коллектор, после чего поступает последовательно в охладитель ТОВ и на всас насосов Н1. В теплообменнике ТОТТ возможна организация как сонаправленного так и противоположнонаправленного течения теплоносителей 1 и 2 контура.