2 Лабораторная работа №1 «изучение процесса теплопередачи в двухтрубном теплообменнике типа «труба в трубе»» (4 часа)

2.1 Цель работы

2.1.1 Ознакомление с устройством теплообменника типа «труба в трубе» и исследование его работы.

2.1.2 Проведение теплового, проектного и проверочного расчетов.

2.1.3 Ознакомление по литературным источникам с наиболее распространенными конструкциями теплообменников.

2.2 Подготовка к лабораторной работе

2.2.1 Изучить материал по теме данной работы в настоящем пособии, а также в рекомендованной литературе ([1], С. 265-317).

2.2.2 Выучить определения основных понятий и терминов темы (Приложение Б).

Основные термины и понятия:

– капельная конденсация пара;

– коэффициент теплоотдачи;

– коэффициент теплопередачи;

– коэффициент теплопроводности;

– лимитирующая стадия;

– пленочная конденсация пара;

– скорость тепловых процессов;

– средняя разность температур;

– теплоемкость удельная;

– теплоотдача;

– теплопередача;

– термическое сопротивление;

– термическое сопротивление системы;

– удельная теплота фазовых превращений.

2.3 Теоретические сведения

2.3.1 Основное уравнение теплопередачи

Основное уравнение теплопередачи имеет вид:

, (2.1)

где Q – количество переданного тепла, Вт;

К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м² К);

S – поверхность нагрева аппарата, м²;

∆t_ср – средний температурный напор, К.

Коэффициент теплопередачи К является основной величиной, характеризующей эффективность работы теплообменных аппаратов.

Коэффициент теплопередачи можно определить по следующей формуле для плоской стенки:

, (2.2)

где – коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к поверхности нагрева, Вт/(м ²·К);

– коэффициент теплоотдачи от поверхности нагрева к холодному теплоносителю, Вт/(м ²·К);

– толщина стенки, м;

– коэффициент теплопроводности материала поверхности нагрева, Вт/(м·К).

Интенсивность теплоотдачи зависит от свойств теплоносителей и характера их движения, в соответствии с этим методика определения коэффициента теплоотдачи различна.

2.3.2 Уравнение теплового баланса

При работе теплообменных аппаратов в результате теплообмена происходит уменьшение энтальпии горячего теплоносителя и повышение энтальпии холодного теплоносителя.

Методика определения количества отданного и поглощенного тепла (тепловой нагрузки) зависит от агрегатного состояния теплоносителей.

Так, при нагревании и охлаждении без изменения агрегатного состояния теплоносителя уравнение теплового баланса для непрерывных процессов имеет вид:

, (2.3)

где G₁, G₂ – количество горячего и холодного теплоносителей, проходящих через аппарат за единицу времени (кг/с);

c₁, с₂ – удельная теплоемкость горячего и холодного теплоносителей, Дж/(кг ·К);

t₁^н, t₁^к – начальная и конечная температуры горячего теплоносителя, °С;

t₂^н, t₂^к – начальная и конечная температуры холодного теплоносителя, °С;

Q_пот – потери тепла в окружающую среду за единицу времени, Вт.

При нагревании жидкости или газа сухим насыщенным паром уравнение теплового баланса имеет вид:

, (2.4)

где D – количество пара, прошедшего через аппарат, кг/с;

r – удельная теплота парообразования, Дж/кг.