7 Методические указания к лабораторной работе №7 «Определение передаваемой тепловой мощности кожухотрубного теплообменника»

7.1 Цель работы

Исследование теплотехнических характеристик кожухотрубного теплообменника, изучение влияния схемы движения теплоносителей на мощность и КПД теплообменника.

7.2 Теоретическая часть:

Тепловой поток при нагреве или охлаждении теплоносителя рассчитывается по формуле:

(7.1)

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:

(7.2)

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:

(7.3)

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

k – коэффициент теплопередачи, Вт/м²∙К;

F – площадь теплообменной поверхности, м²;

– логарифмический температурный напор, К:

(7.4)

где и – больший и меньший температурные напоры на теплообменной поверхности; определяются по диаграмме температурных напоров (рисунок 17)

Рисунок 17 – Диаграмма температурных напоров для теплообменника

7.3 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. Гидравлическая схема стенда приведена на рисунке 19.

Рисунок 19 – Гидравлическая схема стенда

Учебный стенд имеет два контура циркуляции теплоносителя:

– 1 контур(горячая ветка);

– 2 контур (холодная ветка)

Кожухотрубный теплообменник представлен на рисунке 20. Теплообменная поверхность собрана из медных труб диаметром d=5х1 мм, радиусы гиба теплообменных труб R₁=14,4 мм, R₂=25,6 мм, R₃=36,9 мм, длины прямых участков труб составили L₁=198 мм, L₂= 209 мм, L₃=221 мм.

Рисунок 20 – Теплообменник кожухотрубный

При исследовании кожухотрубного теплообменника используются следующие элементы установки:

– кожухотрубный теплообменник;

– бак запаса воды;

– нагревательный элемент;

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

– запорная и регулирующая арматура;

– расходомеры;

– охладитель теплоносителя холодной петли теплоносителя.

Теплоноситель с напора насосов Н2 и Н3 подается в нагревательный элемент БГКН, после которого направляется во внутреннюю трубу кожухотрубного теплообменника. 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 кожухотрубного теплообменника. Пройдя теплообменник вода направляется в сборный коллектор, после чего поступает последовательно в охладитель ТОВ и на всас насосов Н1. На учебном стенде возможен подвод охлаждающего теплоносителя как в нижнюю, так и в верхнюю части кожухотрубного теплообменника.