САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПЕТРА ВЕЛИКОГО

Институт Энергетики

Высшая школа атомной и тепловой энергетики

Лабораторная работа ТМО – 2.6

"Теплообмен при пленочной конденсации пара на вертикальных трубах"

Студент гр. 3231401/20002 ______Школьников А.С.

Студент гр. 3231401/20002 ______Сирош С.А.

Преподаватель ________________ Павлов А. В.

Содержание

1. Введение 3

2. Описание установки 4

3. Результаты эксперимента 5

5. Вывод 11

1. Введение

Конденсация – процесс выделения жидкой фазы из пара, переохлажденного ниже температуры насыщения. Конденсация пара всегда связана с отводом теплоты через поверхности конденсации и с одновременным отводом образующегося вещества — конденсата. Конденсация может происходить только при условии, что температура и давление пара ниже температуры и давления критической точки.

Физическая картина конденсации пара на поверхности определяется состоянием этой поверхности: ее шероховатостью, наличием загрязнений, слоя смазки, особых покрытий. Если образующийся на холодной стенке конденсат смачивает поверхность, то получается пленка жидкости, стекающая под действием силы. В таком случае говорят о пленочной конденсации пара.

Если течение ламинарное, т. е. линии тока в пленке параллельны холодной поверхности, а на свободной поверхности пленки температура равна температуре насыщения t_н, то плотность теплового потока можно рассчитать по формуле для теплопроводности плоской стенки. Если при этом учесть теплообмен между паром и стенкой, то получится, что местный коэффициент теплоотдачи зависит от толщины пленки конденсата.

2. Описание установки

Рисунок 1 – Принципиальная тепловая схема установки

На рисунке 1 представлена схема экспериментальной установки. Пар из парогенератора 1 через патрубок 2 поступает в сосуд 3, в полости которого поддерживается атмосферное давление. Пар конденсируется на U-образной трубке 4, выполненной из нержавеющей стали. Оба колена трубки расположены вертикально, что соответствует рассматриваемой физической модели. Конденсат с трубки 4 стекает в воронку 5 и поступает в мерную ёмкость 6. Конденсат со стенок сосуда 3 удаляется через дренажную трубку 7. Вода, охлаждающая трубку 4, подаётся из водопровода, расход воды устанавливается вентилем 8. Расход охлаждающей воды измеряется расходомером 9. Температуру воды на входе в охлаждаемую трубку 4 измеряет термопара t₇, на выходе – t₈. На наружной поверхности колен U-образной трубки 4 установлено 6 термопар t₁ – t₆.

3. Результаты эксперимента

Таблица 1

Результаты измерений

Номер режима	t1	t2	t3	t4	t5	t6	t7	t8	τ		∆V		Gохл.в
	°C									с		мл		кг/с
1	50,4	51,2	51,2	50,2	50,1	51,8	13,2	19,6	300		450		2,2
1	51,5	57,5	49,3	50	52,6	52	22,7	22,5
2	45,1	45,2	45,1	43,8	48,5	45,8	10,1	11,7	330		500		0,066
2	45,8	45,2	45,2	43,4	47,4	44,9	9,5	11,4
3	54,9	53,8	53,5	53,1	54,1	54,2	11,5	26,6	300		300		0,014
3	53,5	53,1	52,4	52,1	52,8	53,1	10,1	25,5

4. Обработка результатов

Согласно значениям, определим среднюю температуру стенки:

,

,

,

.

Расчет расхода конденсата за время опыта:

0,001482 ,

.

Расчет теплового потока через стенку трубки:

,

,

.

Расчет опытное значение коэффициента теплоотдачи:

где F = – площадь поверхности теплообмена.

,

,

.

Расчет опытного значения числа Рейнольдса:

53,96,

54,50,

35,97.

Расчет расчетного значения числа Рейнольдса:

,

604,52,

690,85,

595,89,

117,69,

130,6,

116,38.

Расчет расчетного коэффициента теплообмена:

,

4342

4326

4350

Таблица 2

Теплофизические свойства конденсата и основные параметры

№
		кг/c	Па		кДж/кг	м2/с	кДж/(кг∙К)	Вт/(м∙К)	-	-
1	52,2	0,001482	101300	100	2256,8	0,54	4,175	64,2	1,75	3,5
2	45,3	0,001497	101300	100	2256,8	0,61	4,174	65	1,75	3,9
3	52,8	0,000988	101300	100	2256,8	0,53	4,175	65,1	1,75	3,5

Таблица 3

Результаты расчётов

№	Z	Reрасч	αрасч	Q	αоп	Reоп
	–	–	Вт/(м2⋅К)	Вт	Вт/(м2⋅К)	–
1	604,52	117,69	4342	3344,6	3678,8	53,96
2	690,85	130,60	4326	3378,4	3251,6	54,50
3	595,89	116,38	4350	2229,7	2488,1	35,97

Расчет неопределенности:

,

где 𝑢_𝑑 = 10⁻¹ мм, 𝑢_ℎ = 10⁻³ м.

2,43 ∙ 10⁻⁴ м².

,

где ,

54,35

42,02

α_оп1 = (3678,8 ± ) ,

α_оп2 = (3251,6 ± ) ,

α_оп3 = (2488,1 ± ) ,

Рисунок 2 – α_расч =

Рисунок 3 – α_оп =

Рисунок 4 – α_оп =

Рисунок 5 – α_расч =

5. Вывод

В ходе лабораторной работы были произведены расчеты коэффициента теплоотдачи. Отличия опытных и расчетных значений коэффициентов теплоотдачи могут быть вызваны неравномерным отводом теплоты, вызванным стеканием конденсата, из-за чего могли образовываться участки как смачиваемые, так и сухие участки, также могло повлиять наличие ламинарного и развитого ламинарно-волнового течения, но первые два значения возрастают с ростом средней температуры, что соответствует теории.

Санкт-Петербург

2024