ЛР / Сборник лаб.работ по курсу ТА ТЭК
.pdf
31
При значениях средних температур горячего и холодного воздуха по формулам из приложения и уравнению состояния Клапейрона вычисляем теплофизические свойства (таблица 10).
Таблица 10 – Теплофизические свойства воздуха*
Воздух |
cpm , Дж/(кг.К) |
, кг/м3 |
106 , м2/с |
, Вт/(м.К) |
Pr |
|
|
|
|
|
|
Горячий |
1012 |
1,312 |
21,5 |
0,0309 |
0,92 |
|
|
|
|
|
|
Холодный |
1011 |
1,451 |
19,2 |
0,0292 |
0,96 |
|
|
|
|
|
|
* – число Прандтля определено с учетом зависимости плотности воздуха от давления.
Тепловой поток, отданный горячим воздухом
Q1 = G1 cpm,1 (t1 - t2 ) = 0,01259 1012 (123,6- 43,8 ) = 1017 Вт .
Тепловой поток, полученный холодным воздухом
Q2 = G2 cpm,2 ( 2 - 1 ) = 0,01683 1011 (88,3- 34,1) = 922,2 Вт .
Относительные потери теплоты в теплообменном аппарате
= Q2 = 922,2 0,907 . Q1 1017
Разности температур
|
= t |
- |
2 |
123,6 88,3 35,3 оС ; |
|
= t |
2 |
- 43,8 34,1 9,7 оС . |
||||||||||||||||
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
1 |
|
||||
Средняя разность температур |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
m = |
( 1 |
|
- 2 ) |
|
35,3 9,7 |
|
19,8 оС . |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ln |
|
1 |
|
|
ln |
|
35,3 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
9,7 |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Опытное значение коэффициента теплопередачи |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Q1 |
|
|
|
|
1017 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
||||
|
|
|
|
kоп = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
136 Вт /(м |
.К) . |
||||||
|
|
|
|
|
Fн m |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,3770 19,8 |
|
|
|
|
|||||||||||
Параметры испытания теплообменника заносим в таблицу 11.
32
Таблица 11 – Опытные данные испытания теплообменника
Схема |
Q1, |
Q2, |
η |
Θ1, |
Θ2, |
Θm, |
kоп, |
|
движения |
Вт |
Вт |
оС |
оС |
оС |
Вт/(м2.К) |
||
|
||||||||
|
1017 |
922,2 |
0,907 |
35,3 |
9,7 |
19,8 |
136 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
662,2 |
617,7 |
0,933 |
89,5 |
1,3 |
20,8 |
85 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для определения расчетного значения коэффициента теплопередачи надо вычислить скорости движения воздуха по трубам.
Скорость горячего воздуха
w1 |
|
|
|
G1 |
|
|
|
0,01259 |
|
25,3 м/с . |
||||
|
|
f |
|
|
1,312 |
3,80 |
10 4 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Скорость холодного воздуха |
|
|
|
|
||||||||||
w2 |
|
|
|
G2 |
|
|
|
|
0,01683 |
|
22,7 м/с . |
|||
|
2 |
f |
2 |
1,451 5,10 |
10 4 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Числа Рейнольдса для горячего и холодного воздуха
|
|
|
|
w d |
|
25,3 22 10 3 |
25880 , |
|||||
Re |
|
1 |
1 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
21,5 10 6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
w d |
экв |
|
22,7 11 10 3 |
13010 . |
||||
Re |
|
|
2 |
|
|
|||||||
2 |
|
|
2 |
|
19,2 10 6 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Числа Рейнольдса соответствуют турбулентному режиму движения воздуха в трубе и в кольцевом пространстве (26).
Числа Нуссельта для горячего и холодного воздуха
Nu |
1 |
0,021 Re0,8 |
Pr0,43 |
0,021 258800,8 |
0,920,43 |
68,7 ; |
|||
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
Nu |
2 |
0,021 Re0,8 |
Pr0,43 |
0,021 130100,8 |
0,960,43 |
40,4 . |
|||
|
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Pr 0,25 |
|
|
|
|
Для газов температурная поправка |
|
|
1. |
|
|||||
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Prc |
|
|
|
|
33
Коэффициент теплоотдачи от горячего воздуха к стенке трубы
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Nu1 1 |
|
68,7 0,0309 |
96,5 Вт/(м 2 .К) . |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
22 10 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент теплоотдачи от стенки к холодному воздуху |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Nu2 2 |
|
|
40,4 0,0292 |
|
107 Вт/(м 2 .К) . |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dэкв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 10 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
Расчетное значение коэффициента теплопередачи |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
k |
|
= |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
50,7 Вт/(м 2 .К) . |
||||||
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
1 |
|
|
n |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
5 |
|
1 |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
i 1 |
|
i |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
96,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
107 |
|
|
||||||||||
|
|
Суммарное удельное термическое сопротивление теплопроводностью |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
стальной |
|
стенки |
|
|
и |
загрязнений |
со |
|
|
стороны воздуха принято |
||||||||||||||||||||||||||||||
n |
|
|
|
5 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
3 |
10 |
|
|
(м |
|
.К)/Вт |
[2]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
i 1 |
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Отличие опытного и расчетного коэффициентов теплопередачи |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
kоп kр |
|
100 |
|
136 50,7 |
|
100 62,7 % . |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
kоп |
|
|
|
|
136 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Расчет конечных температур Водяные эквиваленты горячего и холодного воздуха
W1 G1 c pm,1 0,01259 1012 12,74 Вт/К ,
W2 G2 c pm,2 0,01683 1011 17,02 Вт/К .
Величина обратная приведенному водяному эквиваленту теплоносите-
лей
1 |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
19,7 10 3 К/Вт . |
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
W m |
|
W1 |
W 2 |
12,74 |
|
17,02 |
|
||||
Расчетное значение теплового потока
34
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 (t1 1 ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
kр |
F |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cth |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W |
|
|
|
W |
|
|
|
W |
|
|
|
|
2 W |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 123,6 34,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
878,7 Вт . |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
50,7 0,3770 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
19,7 10 |
|
|
cth |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
19,7 |
10 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
12,74 |
|
17,02 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Расчетная температура горячей воды на выходе из теплообменника |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
t |
|
|
Q |
123,6 |
878,7 |
|
54,6 оС . |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
W1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
12,74 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Расчетная температура холодной воды на выходе из теплообменника |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q |
|
34,1 |
878,7 |
85,7 оС . |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
W2 |
|
|
|
|
|
|
|
17,02 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Опытное значение температур: t |
2 |
43,8 |
оС |
, |
2 |
88,3 оС . |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Основные расчетные параметры испытания теплообменника на схеме |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
движения «прямоток» записываем в таблицу 6. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Таблица 12 – 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) |
|
Вт |
|
|
оС |
|
оС |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вт/(м .К) |
Вт/(м .К) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
25,3 |
|
|
|
22,7 |
|
|
|
|
|
96,5 |
|
|
|
|
107 |
|
|
|
|
50,7 |
|
|
|
878,7 |
|
54,6 |
|
85,7 |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
26,2 |
|
|
|
22,2 |
|
|
|
|
|
97,5 |
|
|
|
|
107 |
|
|
|
|
50,9 |
|
|
|
478,6 |
|
86,1 |
|
62,3 |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Схема движения – прямоток.
На вкладке «Параметры» (рисунок 3) при тех же параметрах теплооб-
менного аппарата отмечаем направление «прямоток». Изменяется направле-
ние движения холодной воды. Сохраняем значения перепадов давлений Рг и
Рх и не меняем положения реостатов R1 и R4.
Опытные данные заносим в таблицу 8, параметры воздуха в таблицу 9.
Уточняем теплофизические свойства горячего и холодного воздуха.
35
Далее производим тепловой расчет, аналогичный расчету при противо-
токе, с учетом изменения формул для расчета разности температур (формула
15):
1 = t1 - 1 , 2 = t2 - 2
и приведенного водяного эквивалента (формула 39):
1 |
|
1 |
|
|
1 |
. |
|
|
|
|
|||
W m |
|
W |
1 |
|
W 2 |
|
Основные опытные и расчетные параметры испытания теплообменника на схеме движения «прямоток» записываем в таблицы 11 и 12.
Анализ данных таблиц 9, 11 и 12 свидетельствует, что из рассмотрен-
ных двух схем движения теплоносителей эффективней является «противо-
ток».
При одинаковых параметрах горячего и холодного воздуха на входе в теплообменник горячий воздух отдает большее количество теплоты, а холод-
ный больше принимает.
36
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
Интенсификация теплообмена в теплообменном аппарате
Лабораторная работа выполняется на виртуальном теплообменном ап-
парате жесткой конструкции типа «труба в трубе».
Цель работы – исследовать влияние искусственной шероховатости на теплоотдачу в трубе и теплопередачу в теплообменном аппарате.
Порядок подготовки установки к работе и проведение опыта
Для запуска лабораторной работы надо открыть файл TP_014. Затем последовательно кликнуть на «Disable This Warning And Continue» и «ОК».
На вкладке «Параметры» (рисунок 6) выбрать размеры теплообменни-
ка, теплоносители «Вода – вода» и схему движения.
Рисунок 6 – Выбор параметров исследуемого теплообменника: теплоносители: вода – вода; схема движения – прямоток; диафрагмы.
Для первого опыта выбрать гладкую трубу. Размеры кольцевых диа-
фрагм и каналов должны быть равны параметрам трубы.
Для изучения интенсификации теплообмена необходимо во втором опыте установить размеры диафрагм исходя из условия: отношение шага к высоте искусственной шероховатости в пределах 8 ÷ 20.
Параметры теплообменного аппарата заносятся в таблицу 13.
|
37 |
|
|
|
|
|
Таблица 13 – Параметры теплообменного аппарата |
|
|||
|
Теплоносители: вода - вода |
|
|||
|
|
|
|
|
|
№ |
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 |
4 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
Площадь поверхности теплообмена Fн d2 |
2 |
0,3770 |
||
|
, м |
|
|||
|
|
|
|
|
|
На схеме виртуального теплообменника (рисунок 7) мышкой кликнуть на ключи S1 и S2 для включения привода насосов или компрессоров горячего и холодного теплоносителей. Ключ S3 включает систему нагрева теплоноси-
телей.
Горячий теплоноситель движется по внутренней трубе 1. Расход его регулируется реостатом R3 и замеряется с помощью перепада давлений на кольцевой диафрагме 2.
Рисунок 7 – Схема виртуальной установки: схема движения – прямоток; гладкие трубы.
38
Холодный теплоноситель течет по межтрубному пространству - коль-
цевому каналу между трубой и кожухом 3. Расход холодного теплоносителя регулируется реостатом R2 и замеряется с помощью перепада давлений на кольцевой диафрагме 4.
Температуры теплоносителей измеряются до кольцевой диафрагмы, на входе и выходе теплообменного аппарата с помощью термопар и милливоль-
тметров Ег(х) (рисунок 7).
Массовый расход для воды определяется по перепаду давления на кольцевых диафрагмах 2, 4 и рассчитывается по формуле (41).
Для упрощения задачи стенка теплообменника рассматривается как плоская, и пренебрегаем термическими сопротивлениями стенки и загрязне-
ний. Тогда из выражения расчетного значения коэффициента теплопередачи
(9) получаем соотношение
k |
|
1 |
|
|
, |
(47) |
|
|
|
|
|
||||
|
1 |
|
1 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|||
После простейших арифметических преобразований получаем |
|
||||||
k |
1 2 |
|
|
1 |
|
|
2 |
. |
(48) |
|||
|
|
|
|
1 |
|
|
||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
2 |
|
|||
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
2 |
|
|
1 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Из последнего выражения следует, что коэффициент теплопередачи k
не может быть больше любого коэффициента теплоотдачи и всегда мень-
ше минимального значения α.
Для интенсификации теплообмена следует, прежде всего, увеличивать минимальное значение коэффициента теплоотдачи .
|
Если |
значение коэффициентов теплоотдачи примерно одинаково |
1 |
2 , |
то надо провести мероприятия по одновременному увеличению |
значения .
39
Опыт 1. Теплоносители: вода – вода. Гладкие трубы.
Схема движения – прямоток.
Реостатами R3 и R2 установить перепады давления на кольцевых диафрагмах для горячей и холодной воды. Рекомендации по выбору перепадов давлений приведены в лабораторной работе №1.
С помощью реостатов R1 и R4 устанавливаем мощность электронагревателей 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 14.
Таблица 14 – Опытные данные испытания теплообменного аппарата
|
Перепад давления, Па |
Показания милливольтметра, мВ |
||||
Труба |
|
|
|
|
|
|
Горячая вода |
Холодная вода |
Горячая вода |
Холодная вода |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Рг |
Рх |
Вход Е |
Выход Е |
Вход Е |
Выход Е |
|
|
|
г |
г |
х |
х |
|
|
|
|
|
|
|
Гладкая |
200 |
1500 |
7,77 |
5,26 |
1,92 |
2,85 |
|
|
|
|
|
|
|
Диафрагмы |
200 |
1500 |
6,92 |
4,39 |
1,92 |
3,16 |
|
|
|
|
|
|
|
Определяем массовый расход горячей и холодной воды (41)
|
G1 1 |
|
|
Pг |
|
= 0,032 |
|
|
200 |
0,453 кг/с, |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
G2 2 |
|
|
|
Pх |
= 0,029 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
1500 |
1,123 кг/с . |
|
|
|
|
|
||||||||||||
Используя данные таблицы П1 переводим значения термопар: |
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
t 112,4 |
оС; t |
2 |
|
|
77,9 оС ; |
29,5 оС ; |
2 |
43,3 оС . |
|
|
|
|||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Значения расходов и температуры воды записываем в таблицу 15. |
|
|
|||||||||||||||||||||
Таблица 15 – Параметры горячей и холодной воды |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
Массовый расход, кг/с |
|
|
|
|
|
|
Температура, оС |
|
|
|
||||||||||||
Труба |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Горячая вода |
Холодная вода |
Горячая вода |
|
|
|
Холодная вода |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
G1 |
|
|
G2 |
|
Вход t |
|
Выход t |
2 |
|
Вход |
1 |
Выход |
|
2 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Гладкая |
0,453 |
1,123 |
|
|
|
112,4 |
77,9 |
|
|
|
29,5 |
43,3 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Диафрагмы |
0,453 |
1,123 |
|
|
|
112,4 |
65,6 |
|
|
|
29,5 |
47,9 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40
Обработка результатов измерений Средние температуры горячей и холодной воды в теплообменнике
t |
t1 t2 |
|
|
101,0 86,8 |
|
|
93,9 оС , |
|
2 |
|
|||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
1 2 |
|
27,2 44,8 |
36,0 оС . |
||||
2 |
|
2 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||
При средних температурах горячей и холодной воды по таблице П4
вычисляем теплофизические свойства (таблица 16).
Таблица 16 – Теплофизические свойства воды
|
|
|
|
|
|
|
|
Вода |
cpm , Дж/(кг.К) |
|
, кг/м3 |
107 , м2/с |
, Вт/(м.К) |
|
Pr |
|
|
|
|
|
|
|
|
Горячая |
4218 |
|
961,7 |
3,00 |
0,684 |
|
1,78 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Холодная |
4174 |
|
993,6 |
7,07 |
0,627 |
|
4,68 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Тепловой поток, отданный горячей водой |
|
|
|
||||
Q1 = G1 cpm,1 (t1 - t2 |
) = 0,453 4,218 (112,4 - 77,9 ) 65,8 кВт . |
|
|||||
Тепловой поток, полученный холодной водой
Q2 = G2 cpm,2 ( 2 - 1 ) = 1,123 4,174 (43,3- 29,5 ) 64,8 кВт .
Знак примерного равенства означает незначительное различие между «ручным» и расчетом в Excel.
Относительные потери теплоты в теплообменном аппарате
= Q2 = 64,8 0,985. Q1 65,8
Разности температур
1 = t1 - 1 112,4 29,5 82,9 оС; 2 = t2 - 2 77,9 43,3 34,6 оС .
Средняя разность температур