Описание экспериментальной установки
Установка (рис. 3.7) состоит из оросительного теплообменника 1 с трубами диаметра 12/8,7 мм из нержавеющей стали и соединительных коммуникаций с запорной арматурой. Расход горячей воды, поступающей в ороситель теплообменника, измеряется ротаметром 2 типа РС-3, а регулируется вентилем 3. Горячая вода стекает из оросителя в виде пленки по наружной поверхности труб в поддон, а из него - в канализацию. Для предотвращения разбрызгивания воды между трубами расположены направляющие устройства. Температуру горячей воды на входе в теплообменник показывает термометр t1 , на выходе – t2.
Внутри труб движется холодная вода, расход которой измеряется ротаметром 4 типа РС-5, регулируется вентилем 5. Температура холодной воды на входе в теплообменник измеряется термометром t'1, а на выходе t'2.
Методика проведения работы
Вентилями 3 и 5 установить по ротаметрам 2 и 4 заданные преподавателем расходы горячей и холодной воды и поддерживать их в течение всего опыта. Обеспечить стекание горячей воды по наружной поверхности трубок в виде пленки. Для этого смочить всю поверхность трубок и направляющих устройств, отрегулировать положение последних. Когда температура t2 будет оставаться постоянной в течение 3-5 мин, снять показания ротаметров 2 и 3, термометров t1, t2 , t'1 и t'2.
Для изучения влияния гидродинамических условий на интенсивность теплообмена провести испытания теплообменника при постоянном расходе холодной воды и трех расходах горячей, а затем при постоянном расходе горячей воды и трех расходах холодной. Результаты всех опытов внести в табл. 3.3.
Обработка результатов эксперимента
Рассчитать температурный режим теплообменника. По формуле (3.14) определить температурный напор для перекрестного тока Δtср. По формулам (3.15) и (3.16) определить средние температуры горячего tср1 и холодного tср2, теплоносителей.
Рис. 3.7. Схема экспериментальной установки для испытания
оросительного теплообменника
Таблица 3.3
|
Номер опыта |
Показания ротаметра, деления шкалы |
Температура воды, 0С | ||||
|
2 |
4 |
горячей |
холодной | |||
|
t1 |
t2 |
t'1 |
t'2 | |||
Пользуясь таблицей физических свойств воды в зависимости от температуры (см. прил. 2) или графиком (см. прил. 4), выбрать физические свойства теплоносителей при их средних температурах и внести в табл. 3.4.
Таблица 3.4
|
Пространство и процесс |
Величина |
Обозна-чения |
Единица измерения |
Номер опыта |
Значение |
|
Наружная поверхность труб, охлаждение горячей воды
|
Средняя температура |
tср |
0С |
|
|
|
воды |
|
| |||
|
Плотность |
1 |
кг/м3 |
|
| |
|
Удельная теплоемкость |
ср1 |
Дж/(кг.К) |
|
| |
|
Коэффициент теплопро- |
1 |
Вт/(м.К) |
|
| |
|
водности |
|
| |||
|
Кинематическая вяз- |
ν1 |
м2/с |
|
| |
|
кость |
|
| |||
|
Коэффициент объем- |
1 |
К-1 |
|
| |
|
ного расширения |
|
| |||
|
Число Прандтля
|
Рr1 |
|
|
| |
|
Трубное пространство, нагревание холодной воды |
Средняя температура |
tср |
0С |
|
|
|
воды |
|
| |||
|
Плотность |
2 |
кг/м3 |
|
| |
|
Удельная теплоемкость |
ср2 |
Дж/(кг.К) |
|
| |
|
Коэффициент теплопро- |
2 |
Вт/(м.К) |
|
| |
|
водности |
|
| |||
|
Кинематическая вяз- |
ν 2 |
м2/с |
|
| |
|
кость |
|
| |||
|
Коэффициент объем- |
1 |
К-1 |
|
| |
|
ного расширения |
|
| |||
|
Число Прандтля
|
Рr2 |
|
|
|
По уравнению (3.21) определить количество теплоты Q , теряемой горячей водой на её частичное испарение.
По прил. 5 определить теплоту испарения горячей воды при её средней температуре.
По формуле (3.23) определить количество испаряющейся горячей воды W , а по формуле (3.24) - количество стекающей горячей воды по наружной поверхности трубок в поддон m1.
Рассчитать коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенкам труб теплообменника α1 по формуле (3.25), приняв длину труб L = 0,31 м.
Определить число Рейнольдса, характеризующее режим движения холодной воды в трубках аппарата
,
(3.26)
где ω2 - скорость движения воды в трубках, м/с; ω2 = V2 / 0,785 d 2вн;
dвн - внутренний диаметр трубки, dвн = 8,7 ·10-3м.
По градуировочным графикам ротаметров 2 (рис. 3.8) и 4 (рис. 3.9) определить расходы горячей V1 и холодной V2 воды.
Экспериментальное значение коэффициента теплопередачи найти из основного уравнения теплопередачи
,
(3.27)
где F - площадь поверхности теплопередачи, F = 0,0654 м2.
Найти относительную ошибку (%) в определении коэффициента теплопередачи расчетным и экспериментальным методами
.
(3.28)
Результаты расчета внести в табл. 3.5.
Таблица 3.5
|
Номер опыта |
Горячая вода |
Холодная вода |
К расч, Вт/(м2К) |
Средняя разность температур tср, 0С |
К эксп, Вт/(м2К) |
, % | ||||||
|
расход V1, м3/с |
плотность орошения Г, кг/(м.с) |
1, Вт/(м2К) |
расход V2, м3/с |
скорость 2, м/с |
Re2 |
Nu2 |
2, Вт/(м2К) | |||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V1·105
Рис. 3.8. Градуировочный график ротаметра 2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 3.9. Градуировочный график ротаметра 4
На основе анализа полученных результатов сделать соответствующие выводы. В случае значительного расхождения Красч и Кэксп объяснить причины.
Из опытных данных по изучению влияния гидродинамических условий на интенсивность теплообмена определить по уравнению (3.27) Кэксп.
Построить зависимости Кэксп = f(V1) и Кэксп = f(V2). Дать анализ полученных результатов с точки зрения возможных путей интенсификации процесса теплопередачи.