2.6 Методика проведения работы

Перед проведением работы студенты должны пройти инструктаж по технике безопасности (Приложение В).

Устанавливают расход воды (молока или пива), заданный преподавателем и только затем продувают паром межтрубное (кольцевое) пространство теплообменника в течение 5…10 минут. После продувки определяют заданный расход пара и постоянное (избыточное) давление пара ( 0,3 атм.). Через каждые 2…5 минут записывают показания термометров. Измеренные величины заносят в таблицу 2.1. Замеры заканчивают, когда начальная и конечная температуры нагреваемой среды примут постоянные значения.

Таблица 2.1 – Опытные данные

Измеряемая величина	Время замера
	1	2	3	4	5
Давление пара Ризб, кгс/см2
Расход холодного теплоносителя V, м3/с
Начальная температура воды tН, оС
Конечная температура воды tК, оС

2.7 Обработка опытных данных

2.7.1 Вариант 1 – Определение коэффициента теплоотдачи от пара к стенке

2.7.1.1 По известному давлению водяного пара находят температуру его конденсации и удельную теплоту парообразования (таблица Г.2 Приложения Г). Найденные табличные величины заносят в таблицу 2.2.

2.7.1.2 Определяют большую и меньшую разности температур на концах теплообменника по формулам:

;

,

полученные значения заносят в таблицу 2.3.

2.7.1.3 Среднюю разность температур определяют по формуле (1.8) или по формуле (1.9).

2.7.1.4 Температуру стенки рассчитывают по формуле (2.14).

2.7.1.5 Определяют среднюю температуру пленки конденсата:

.

2.7.1.6 Плотность, теплоемкость и кинематическую вязкость пленки конденсата находят по таблице А.1 (Приложение А) при средней температуре пленки конденсата, и значения заносят в таблицу 2.2.

2.7.1.7 Коэффициент теплоотдачи высчитывают по формуле (2.12); полученное значение коэффициента теплоотдачи сравнивают с литературными данными (ориентировочное значение коэффициента теплоотдачи при конденсации насыщенного водяного пара на наружной поверхности горизонтальной трубы составляет от 9300 до 15000 Вт/м²·К).

Таблица 2.2 – Физические параметры пара и пленки конденсата

Наименование	Размерность	Значение
Температура конденсации пара,	0С
Удельная теплота парообразования, r	Дж/кг
Плотность конденсата, ρ	Кг/м3
Теплопроводность конденсата, λ	Вт/м·К
Кинематическая вязкость конденсата, ν	м2/с

Таблица 2.3 – Расчетные величины

Наименование	Обозначение, размерность	Значение
Разность температур
Средняя разность температур
Температура стенки	, 0С
Температура пленки конденсата	, 0С
Коэффициент теплоотдачи	, Вт/м2·К

2.7.2 Вариант 2 – Определение коэффициента теплоотдачи от стенки к воде (молоку, пиву)

2.7.2.1 По известному давлению водяного пара находят температуру его конденсации (таблица Г.2 Приложения Г).

2.7.2.2 Определяют большую и меньшую разности температур на концах теплообменника по формулам:

;

.

2.7.2.3 Среднюю разность температур определяют по формуле (1.8) или по формуле (1.9).

2.7.2.4 Среднюю температуру воды (молока или пива) в теплообменнике определяют по формуле:

.

2.7.2.5 Определяют среднюю скорость жидкости из уравнения расхода:

,

где S – площадь поперечного сечения внутренней трубы, м².

2.7.2.6 Вычисляют значение критерия Рейнольдса по формуле (2.9). Все теплофизические параметры жидкости берут при ее средней температуре.

2.7.2.7 В зависимости от режима движения воды в трубах выбирают расчетную формулу (2.6 – 2.8) для определения критерия Нуссельта.

2.7.2.8 Находят коэффициент теплоотдачи от стенки к жидкости из критерия Нуссельта (2.10); полученное значение коэффициента теплоотдачи сравнивают с литературными данными (ориентировочное значение коэффициента теплоотдачи при вынужденном турбулентном течении в трубах и каналах составляет от 1200 до 5800 Вт/м²·К).

Все расчетные величины заносят в таблицу 2.4.

Таблица 2.4 – Вычисляемые величины

Наименование	Обозначение, размерность	Значение
Разность температур
Средняя разность температур
Средняя температура жидкости	, 0С
Средняя скорость жидкости	w, м/с
Критерий Рейнольдса	Re
Критерий Нуссельта	Nu
Коэффициент теплоотдачи	, Вт/м2·К

2.7.3 Вариант 3 – Расчет КПД теплообменника

2.7.3.1 По известному давлению водяного пара находят температуру его конденсации (таблица Г.2 Приложения Г).

2.7.3.2 Определяют большую и меньшую разности температур на концах теплообменника по формулам:

;

.

2.7.3.3 Среднюю разность температур определяют по формуле (1.8) или по формуле (1.9).

2.7.3.4 Среднюю температуру воды (молока или пива) в теплообменнике определяют из уравнения: .

2.7.3.5 Количество тепла, переносимого от пара к воде, находят из уравнения теплового баланса (2.4).

2.7.3.6 Вычисляют коэффициент теплопередачи опытный из формулы (2.1).

2.7.3.7 Определяют расход греющего пара из уравнения теплового баланса, при этом учитывают степень сухости пара х = 0,95: .

2.7.3.8 Вычисляют значение коэффициента теплоотдачи от пара к наружной поверхности стенки из уравнения (2.14). Все теплофизические характеристики конденсата греющего пара берут при температуре пленки конденсата: .

2.7.3.9 Вычисляют значение критерия Рейнольдса. При расчете среднюю скорость воды определяют из уравнения расхода.

2.7.3.10 В зависимости от режима движения воды в трубах выбирают расчетную формулу (2.6 – 2.8) для определения критерия Нуссельта.

2.7.3.11 Находят коэффициент теплоотдачи от наружной отдачи стенки к воде из критерия Нуссельта (2.10).

2.7.3.12 Рассчитывают термическое сопротивление стенки и загрязнения по уравнениям:

,

где – толщина стенки ( = 2,5·10^-3 м);

– коэффициент теплопроводности стенки ( = 46,5 Вт/м∙К);

,

где – толщина загрязненной по одну сторону стенки ( = 0,5 мм);

– коэффициент теплопроводности загрязнений ( = 2 Вт/м∙К).

2.7.3.13 Значение коэффициента теплопередачи определяют из уравнения (2.2).

2.7.3.14 Используя расчетные значения коэффициента теплопередачи и действительной поверхности теплообмена, определяют возможную тепловую нагрузку аппарата по формуле (2.1).

2.7.3.15 Определяют КПД теплообменника:

η = (Q/Q^´) ·100%.

Все вычисленные значения заносят в таблицу 2.5.

2.7.3.16 Определяют лимитирующую стадию переноса тепла и находят пути интенсификации процесса.

Таблица 2.5 – Вычисляемые величины

Наименование	Обозначение, размерность	Значение
Разность температур
Средняя разность температур
Средняя температура жидкости	, 0С
Тепловая нагрузка аппарата (опытная)	Q, Вт
Коэффициент теплопередачи опытный	К, Вт/м2·К
Расход греющего пара	D, кг/с
Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке	1, Вт/м2·К
Средняя скорость жидкости	w, м/с
Критерий Рейнольдса	Re
Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде (молоку, пиву)	2, Вт/м2·К
Коэффициент теплопередачи расчетный	К´, Вт/м2·К
Тепловая нагрузка аппарата (опытная)	Q´, Вт
КПД теплообменника	η, %