ЛР / Сборник лаб.работ по курсу ТА ТЭК

Добавил:

euroduck97 ac3402546@gmail.com Направление обучения: транспортировка нефти, газа и нефтепродуктов группа ВН (Вечерняя форма обучения) Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина

Предмет:

Теплообменные аппараты топливно-энергетического комплекса

Файл:

2000 1,4311 кг/с,

1500 1,1232 кг/с .

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

01.06.2021

Размер:

2.34 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 23 / 73 4 5 6 7 > Следующая >>>

Температуры теплоносителей измеряются до кольцевой диафрагмы, на входе и выходе теплообменного аппарата с помощью термопар и милливоль-

тметров Ег(х) (рисунок 4).

Массовый расход для воды определяется по перепаду давления на

кольцевых диафрагмах 2, 4 и рассчитывается по формуле


G	P , кг/с,		(41)
где – эмпирический коэффициент расхода;		P –	перепад давлений на
диафрагме, Па.

Пример 1. Теплоносители: вода – вода.

Схема движения – прямоток.

Реостатами R3 и R2 установить перепады давления на кольцевых диа-

фрагмах для горячей и холодной воды. Для достижения рекомендуемых ско-

ростей течения воды в теплообменных аппаратах при движении воды в тру-

бах самого большого диаметра перепады давлений должны быть не более Рг

≤ 2000 Па и Рх ≤ 3500 Па.

Эффективность теплообменника значительно повышается при движе-

нии горячей и холодной воды с примерно одинаковой скоростью. Поэтому желательно избегать выбора диаметра кожуха D 35 мм.

С помощью реостатов R1 и R4 устанавливаем мощность электронагре-

вателей горячей и холодной воды на входе в теплообменник и производим замер показаний термопар Ег и Ех в милливольтах.

Полученные значения перепадов давлений и показания термопар,

включая показания на выходе из теплообменника, заносим в таблицу 2.

Таблица 2 – Опытные данные испытания теплообменного аппарата

	Перепад давления, Па			Показания милливольтметра, мВ
Схема	Горячая вода	Холодная вода	Горячая вода			Холодная вода
движения	Рг	Рх	Вход Е	Выход	Е	Вход Е	Выход	Е
			г		г	х		х
	2000	1500	6,92	5,90		1,77	2,95
	2000	1500	6,92	5,88		1,77	2,98

Определяем массовый расход горячей и холодной воды (41)

Коэффициенты расхода для горячей и холодной воды равны соответ-

ственно 0,032 и 0,029.

Используя данные таблицы П1 переводим значения термопар:

t1 101,0 оС ; t2 86,8 оС ; 1 27,2 оС ; 2 44,8 оС .

Рассчитанные значения массовых расходов и температуры записываем в таблицу 3.

Таблица 3 – Параметры горячей и холодной воды
	Массовый расход, кг/с			Температура, оС
Схема	Горячая во-	Холодная вода	Горячая вода			Холодная вода
движения	да
	G1	G2	Вход t	Выход t	2	Вход	1	Выход	2
			1		2		1		2
	1,431	1,123	101,0	86,8		27,2		44,8
	1,431	1,123	101,0	86,5		27,2		45,2

Обработка результатов измерений Для проведения теплового расчета теплообменного аппарата необхо-

димо определить средние температуры горячей и холодной воды в теплооб-

меннике


t		t1 t2	101,0 86,8		93,9 оС ,	(42)

	2			2
	1 2			27,2 44,8	36,0 оС .	(43)
	2			2

При средних температурах горячей и холодной воды по таблице П4

вычисляем теплофизические свойства (таблица 4).

Таблица 4 – Теплофизические свойства воды

Вода	cpm , Дж/(кг.К)	, кг/м3	107 , м2/с	, Вт/(м.К)	Pr

Горячая	4216	962,6	3,06	0,683	1,82

Холодная	4174	993,7	7,13	0,627	4,72

Тепловой поток, отданный горячей водой
Q1 = G1 cpm,1 (t1 - t2		) = 1,431 4,216 (101,0- 86,8 ) = 85,67 кВт .

Тепловой поток, полученный холодной водой

Q2 = G2 cpm,2 ( 2 - 1 ) = 1,123 4,174 (44,8- 27,2 ) = 82,50кВт .

Относительные потери теплоты в теплообменном аппарате

= Q2 = 82,50 0,963. Q1 85,67

Разности температур

	= t	-	101,0 27,2 73,8 оС ;											= t	2	-		2	86,8 44,8 42,0 оС .
1	1	1										2			2			2
Средняя разность температур
						=	( 1 - 2 )				73,8 42,0						56,4 оС .
					m	=											56,4 оС .
					m				1				73,8
							ln		1			ln	73,8
							ln		2			ln
									2			42,0
Опытное значение коэффициента теплопередачи
						Q1				85,67 103									2
			kоп =													4030 Вт /(м				.К) .
			kоп =	Fн m												4030 Вт /(м				.К) .
				Fн m				0,3770				56,4

Параметры испытания теплообменника заносим в таблицу 5.

Таблица 5 – Опытные данные испытания теплообменника

Схема	Q1,	Q2,	η	Θ1,	Θ2,	Θm,	kоп,
движения	кВт	кВт	η	оС	оС	оС	Вт/(м2.К)
движения	кВт	кВт		оС	оС	оС	Вт/(м2.К)
	85,67	82,50	0,963	73,8	42,0	56,4	4030

	87,56	84,39	0,964	55,8	59,3	57,6	4036

Для определения расчетного значения коэффициента теплопередачи надо вычислить скорости движения воды по трубам.

Скорость горячей воды

w1		G1			1,431			3,91 м/с .
			f	1	962,6	3,80	10 4

	1

Скорость холодной воды

w2	G2				1,123	1,41 м/с .
		f			8,04 10 4
	2		2	993,7

Числа Рейнольдса для горячей и холодной воды

		w d	1		3,91 22 10 3			281100 ,
Re		1	1
Re
	1					3,06 10 7
						3,06 10 7
		1
		w d		экв		1,41 16 10 3			31640 .
Re		2		экв
Re	2	2					7,13 10 7
	2

Числа Рейнольдса соответствуют турбулентному режиму движения обоих теплоносителей (26).

Числа Нуссельта для горячей и холодной воды

								Pr		0,25				1,82 0,25
Nu		0,021 Re0,8	Pr0,43				1					0,021 2811000,8		1,820,43		585,1;
Nu	1	0,021 Re0,8	Pr0,43									0,021 2811000,8		1,820,43		585,1;
	1	1		1										2,31
						Prc								2,31
								Pr		0,25				4,72	0,25
Nu		0,021 Re0,8	Pr0,43					2				0,021 316400,8		4,720,43		194,9 .
Nu	2	0,021 Re0,8	Pr0,43									0,021 316400,8		4,720,43		194,9 .
	2	2		2				Prc						2,31
								Prc						2,31
		Числа Нуссельта определены исходя из предположения, что темпера-
тура		стенки трубы равна t								77 оС , и соответствующее число						Прандтля
									с
Prc 2,31.
		Коэффициент теплоотдачи от горячей воды к стенке трубы
					Nu1 1						585,1 0,683		18170 Вт/(м 2 .К) .
													18170 Вт/(м 2 .К) .
			1		d1						22 10 3
					d1						22 10 3

Коэффициент теплоотдачи от стенки к холодной воде

		Nu2 2		194,9 0,627	7640 Вт/(м 2 .К) .
	2	dэкв		16 10 3	7640 Вт/(м 2 .К) .
	2

Проверим допустимость прогноза температуры стенки						t 77 оС ба-
						с
лансом плотностей тепловых потоков.
			1 t tс 2		tс ,	(44)
18170 93,9 77 7640 77 36 ,					30,7 104 31,3 104	Вт/м2.

Ошибка в прогнозе не превышает 0,2÷0,3 оС, поэтому принимаем к дальнейшим расчетам полученные значения коэффициентов теплоотдачи.

Расчетное значение коэффициента теплопередачи

k		=			1				1			4240 Вт/(м 2 .К) .
	р
			1	n			1	1		5	1


									5 10

			1				2
			1	i 1		i	2	18170			7640

		Суммарное удельное термическое сопротивление теплопроводностью
стальной			стенки и загрязнений со стороны воды									принято
n				5		2
		5	10		(м		.К)/Вт [2].
		5	10		(м		.К)/Вт [2].
i 1	i
		Отличие опытного и расчетного коэффициентов теплопередачи
								kоп kр	100	4030 4240	100 5,2 % .	(45)



								kоп		4030
								kоп		4030

Расчет конечных температур Для аналитического определения температур горячей и холодной воды

на выходе из теплообменника проведем следующие расчеты.

Водяные эквиваленты горячей и холодной воды

W1 G1 c pm,1 1,431 4216 6033 Вт/К ,

W2 G2 c pm,2 1,123 4174 4687 Вт/К .

Величина обратная приведенному водяному эквиваленту теплоносите-

лей

				1						1				1					1						1			3,79 10 4 К/Вт .
																												3,79 10 4 К/Вт .
				W m				W 1				W				2			6033						4687
		Расчетное значение теплового потока
				Q									2 (t1 1 )
				Q			1					1					1				k			р F
																				cth
																				cth				W
							W				W					W					2			W
								1				2						m								m
								2 101,0 27,2																										86,15 103 Вт .

	1		1								4					4240 0,3770															4
	1		1								4					4240 0,3770															4
				3,79 10								cth															3,79 10
				3,79 10								cth															3,79 10
	6033		4687																		2
		Расчетная температура горячей воды на выходе из теплообменника
														Q											86,15 103
					t			2p	t								101,0													86,7 оС .
					t				t								101,0													86,7 оС .
											1		W1												6033
													W1												6033
		Расчетная температура холодной воды на выходе из теплообменника
															Q											86,15 103
								2p										27,2												45,6 оС .
																		27,2												45,6 оС .
											1			W2											4687
														W2											4687
		Опытное значение температур: t																					2			86,8			оС ,		2	44,8 оС .
																							2								2
		Основные расчетные параметры испытания теплообменника на схеме
движения «прямоток» записываем в таблицу 6.
		Таблица 6 – Расчетные данные испытания теплообменника

Схема			w1,				w2,								1							2							kр,					Q,	t2 p ,	2 p ,
движения			м/с			м/с											2								2				Вт/(м2.К)				кВт		оС	оС
												Вт/(м .К)									Вт/(м .К)														оС	оС
			3,91		1,41								18170								7640								4240					86,15	86,7	45,6

			3,91		1,41								18150								7620								4230					90,36	86,1	45,8

Схема движения – противоток.

На вкладке «Параметры» (рисунок 3) при тех же параметрах теплооб-

менного аппарата отмечаем направление «противоток». Изменяется направ-

ление движения холодной воды. Сохраняем значения перепадов давлений

Рг и Рх и не меняем положения реостатов R1 и R4.

Опытные данные заносим в таблицу 2, параметры теплоносителей в таблицу 3.

Уточняем теплофизические свойства горячей и холодной воды.

Далее производим тепловой расчет, практически аналогичный расчету при прямотоке, с учетом изменения формул для расчета разности температур

(формула 16):

1 = t1 - 2 , 2 = t2 - 1

и приведенного водяного эквивалента (формула 40):

1	1		1	.
				.
W m	W	1	W 2

Основные опытные и расчетные параметры испытания теплообменника на схеме движения «противоток» записываем в таблицы 5 и 6.

Анализ данных таблиц 3, 5 и 6 свидетельствует о том, что из рассмот-

ренных двух схем движения теплоносителей эффективней является «проти-

воток».

При одинаковых параметрах горячей и холодной воды на входе горячая вода отдает большее количество теплоты, а холодная вода, соответственно,

больше принимает.

Поэтому и температуры горячей и холодной воды на выходе из тепло-

обменника при разных схемах движения теплоносителей отличаются в поль-

зу противотока.

Сравнительно небольшое отличие коэффициентов теплоотдачи при разных схемах движения объясняется незначительным увеличением числа Прандтля воды при температуре стенки.

Пример 2. Теплоносители: воздух – воздух.

Схема движения – противоток.

На вкладке «Параметры» (рисунок 3) выбираем размеры теплообмен-

ника, теплоносители воздух – воздух и схему движения «противоток» (таб-

лица 7).

Реостатами R3 и R2 установить перепады давления на кольцевых диа-

фрагмах для горячего и холодного воздуха. Для достижения рекомендуемых скоростей движения газов в теплообменных аппаратах перепады давлений должны быть не более Рг ≤ 1000 Па и Рх ≤ 3500 Па, соответственно.

Диаметр кожуха рекомендуется выбирать не более D 35 мм.

Таблица 7 – Параметры теплообменного аппарата

Теплоносители: воздух - воздух

№	Параметр				Значение

1	Внутренний диаметр трубы d1 , мм				22

2	Наружный диаметр трубы d2 , мм				24

3	Диаметр кожуха D , мм				35

4	Эквивалентный диаметр кольцевого канала dэкв			D d2 , мм	11

5	Длина трубы , м				5

6	Площадь сечения трубы f1 d12 , см2				3,80
	4

7	Площадь сечения кольцевого канала f2		D2	d22 , см2	5,10
7	Площадь сечения кольцевого канала f2	4	D2	d22 , см2
		4

8	Площадь поверхности теплообмена Fн d2			, м2	0,3770

Схема установки представлена на рисунке 5.

Массовый расход воздуха определяется по эмпирической формуле


G 0,472 10 3	P	P , кг/с,	(46)
G 0,472 10 3	R T	P , кг/с,	(46)
	R T

где P , P – абсолютное давление потока воздуха и перепад давления на диафрагме, Па; T – абсолютная температура воздуха, К; R 287 Дж/(кг.К) –

характеристическая газовая постоянная воздуха.

Рисунок 5 – Схема виртуальной установки: схема движения – противоток.

Полученные значения избыточных давлений и перепадов давлений, а

также показания термопар заносим в таблицу 8.

Таблица 8 – Опытные данные испытания теплообменного аппарата

	Давление/перепад давления, Па		Показания милливольтметра, мВ
Схема	Горячий воздух Холодный воздух		Горячий воздух		Холодный воздух

движения	Рг/ΔРг	Рх	Вход Е	Выход Е	Вход Е	Выход	Е

			г	г	х		х
	35000/600	40000/800	8,62	2,88	2,23	6,01
	35000/600	40000/800	8,62	4,82	2,23	4,73
Переводим показания термопар в градусы Цельсия с помощью таблицы

П1:

t1 123,6 оС ; t2 43,8 оС ; 1 34,1 оС ; 2 88,3 оС .

Определяем массовый расход горячего и холодного воздуха

G 0,472 10 3

Pо Pг

R t1

273,15

0,472 10 3

100000 35000

600 0,01259 кг/с,

287 123,6 273,15

0,472 10 3

Pо Pх

273,15

0,472 10 3

100000 40000

800 0,01683 кг/с.

287 34,1 273,15

В последних формулах за давление окружающей среды принято

Pо 105 Па .

Рассчитанные значения массовых расходов и температуры записываем в таблицу 9.

Таблица 9 – Параметры горячего и холодного воздуха
	Массовый расход, кг/с			Температура, оС
Схема	Горячий воздух	Холодная воздух	Горячий воздух			Холодная воздух
	Горячий воздух	Холодная воздух	Горячий воздух			Холодная воздух
движения	G1	G2	Вход t	Выход t		Вход		Выход
	G1	G2	Вход t	Выход t	2	Вход	1	Выход	2
			1		2		1		2
	0,01259	0,01683	123,6	43,8		34,1		88,3
	0,01259	0,01683	123,6	71,7		34,1		70,5

Обработка результатов измерений

Для проведения теплового расчета надо определить средние темпера-

туры горячего и холодного воздуха в теплообменнике

t	t1 t2	123,6 43,8		83,7 оС ,
	2
			2
	1 2		34,1 88,3	61,2 оС .
	2		2

<<< < Предыдущая 1 23 / 73 4 5 6 7 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке ЛР

#
01.06.20211.41 Mб36ЛР расчет Аппараты.numbers
#
01.06.20212.34 Mб47Сборник лаб.работ по курсу ТА ТЭК.pdf