Обработка результатов
Данные, полученные в ходе эксперимента, а также рассчитанные по его результатам, представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Результаты измерений и вычислений, при испытаниях теплообменного аппарата типа «труба в трубе»
Прямоток
t1н, °C |
t1k, °C |
t2к, °C |
t2н, °C |
M1, кг/с |
M2, кг/с |
V1, м3/с |
V2, м3/с |
Q1, Вт |
Q2, Вт |
Δtб, °C |
Δtм, °C |
Δt ср |
K, Вт/(м2*K) |
51,00 |
47,00 |
34,30 |
32,80 |
0,0227 |
0,0547 |
0,000023 |
0,000055 |
382,11 |
344,27 |
18,20 |
12,70 |
2,75 |
2226,07 |
Противоток |
|||||||||||||
t1н, °C |
t1k, °C |
t2к, °C |
t2н, °C |
M1, кг/с |
M2, кг/с |
V1, м3/с |
V2, м3/с |
Q1, Вт |
Q2, Вт |
Δtб, °C |
Δtм, °C |
Δt ср |
K, Вт/(м2*K) |
48,40 |
47,10 |
30,70 |
30,00 |
0,0257 |
0,0464 |
0,000026 |
0,000047 |
140,38 |
136,37 |
17,70 |
17,10 |
0,30 |
760,49 |
Таблица 2 – Результаты измерений и вычислений, при испытаниях пластинчатого теплообменного аппарата
t1н, °C |
t1k, °C |
t2к, °C |
t2н, °C |
M1, кг/с |
M2, кг/с |
V1, м3/с |
V2, м3/с |
Q1, Вт |
Q2, Вт |
Δtб, °C |
Δtм, °C |
Δt ср |
K, Вт/(м2*K) |
||
47,00 |
34,6 |
30,3 |
32,8 |
0,0227 |
0,0547 |
0,000023 |
0,000055 |
1184,54 |
573,78 |
14,20 |
4,30 |
8,29 |
1191,15 |
||
Противоток |
|
|
|||||||||||||
t1н, °C |
t1k, °C |
t2к, °C |
t2н, °C |
M1, кг/с |
M2, кг/с |
V1, м3/с |
V2, м3/с |
Q1, Вт |
Q2, Вт |
Δtб, °C |
Δtм, °C |
Δt ср |
K, Вт/(м2*K) |
||
47,10 |
33,40 |
30,70 |
34,30 |
0,0227 |
0,0547 |
0,000026 |
0,000047 |
1479,43 |
701,32 |
16,40 |
-0,90 |
7,75 |
1590,79 |
||
Прямоток
Выкладка расчётов
Площадь передающей поверхности теплообменного аппарата типа «труба в трубе» рассчитывается по формуле:
,
где
d – наружный диаметр внутренний трубы теплообменника, м
l – длина внутренней трубы, м
Для пластинчатого теплообменного
аппарата
Ср1 и Ср2 – теплоёмкости горячей и холодной воды, кДж/(кг*К), для горячей воды:
при температуре 51°C — Ср1 = 4200 Дж/(кг*К)
и для холодной воды, при 30°C — Ср2 = 4199 Дж/(кг*К)
Массовый расход горячей и холодной воды определяется по следующим формулам:
p1 и p2 – плотность горячей и холодной воды, кг/м3; p1 = 988,9 кг/м3, p2 = 995,6 кг/м3.
V1 и V2 – расход воды, м3/с
Средняя разность температур (температурный напор) определяется по формулам:
Для противотока:
Для прямотока:
Пример расчёта, (прямоток) для теплообменного аппарата типа «труба в трубе»:
Т
епловая
нагрузка, определяется, как:
Пример расчёта, (прямоток) для теплообменного аппарата типа «труба в трубе»:
На практике, идеальное равенство материального баланса удаётся получить крайне редко, но результаты тепловых нагрузок имеют небольшое различие. Для расчёта коэффициента теплопередачи возьмём их суммарное среднее: 363,19 Вт.
Коэффициент теплопередачи K определяется по формуле:
Пример расчёта, (прямоток) для теплообменного аппарата типа «труба в трубе»:
Пример расчёта, (противоток) для пластинчатого теплообменного аппарата:
Выводы
По итогам лабораторных измерений был рассчитан коэффициент теплопередачи в рекуперативных теплообменниках при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителя.
Пластинчатый теплообменник обычно имеет более высокий коэффициент теплопередачи по сравнению с теплообменником типа "труба в трубе". Это связано с более эффективной конструкцией, которая обеспечивает большую площадь теплообмена. Однако, на основе рассчитанных результатов можно сказать, что на каком-то из этапов измерений/расчётов была допущена ошибка, т.к. коэффициент теплопередачи для теплообменника типа "труба в трубе", при прямотоке, оказался многим больше. Если принять этот результат, как грубый выброс, то изначальное предположение, о более высоких значениях коэффициента теплопередачи у пластинчатого теплообменника подтверждается.