ЛабораторНая работа №3 «Изучение работы теплообменного аппарата»

1. Введение

Теплообменным аппаратом называют устройство, предназначен­ное для осуществления теплообмена между горячим и холодным веществами.

По виду процесса теплообмена различают: смесительный, рекуперативный и регенеративный теплообменные аппараты (ТПА).

В смесительном ТПА теплообмен осуществляется путем смешивания двух теплоносителей (кран с горячей и холодной водой).

В регенеративном ТПА теплообмен осуществляется так: горячий теплоноситель отдает тепло аккумулирующему устройству, которое периодически отдает тепло второй жидкости – холодному теплоносителю, т. е. одна и та же поверхность нагрева омывается то горячей, то холодной жидкостью (воздухоподогреватели доменных печей).

В рекуперативных теплообменниках этот теплообмен осущест­вляется через разделительную (обычно металлическую) стенку. В настоящее время эти аппараты имеют наибольшее распространение, и изучение закономерностей протекающих в них процессов имеет важ­ное значение для промышленности.

2. Цель работы

Целью работы является углубление знаний по теории процессов теплопередачи в теплообменниках, ознакомление с методикой их опытного исследования и получение навыков в проведении экспери­мента. В результате выполнения работы должно быть усвоено наз­начение и типы теплообменников, влияние различных факторов на интенсивность их работы.

3. Основные теоретические положения

Коэффициент теплопередачи рекуперативного теплообменника характеризует теплотехнические качества этого прибора и дает возможность правильно рассчитать требуемую поверхность его для заданных условий.

Величина коэффициента теплопередачи теплообменника выража­ется количеством тепла, переносимого в единицу времени через единицу площади внешней поверхности отопительного прибора при разности температуры теплоносителя и воздуха в I °С. Основные факторы, определяющие величину коэффициента теплопередачи нагревательного прибора, - это конструктивные особенности прибо­ра и условия его эксплуатации. Коэффициент теплопередачи при­боров изменяется под влиянием таких переменных факторов как температурный напор ∆t, скорость горячего теплоносите­ля V_г, скорость холодного потока V_х, их теплофизические свойства:

К=f(∆t, V_г, V_х, λ,С_р, ρ, ν) (1)

где λ-теплопроводность;

С_р-теплоёмкость;

ρ-плотность;

ν-кинематическая вязкость.

Коэффициент теплопередачи рекуперативного теплообменника подсчитывается по формуле:

К=Q/(F∙∆t_лог), Вт/(м²∙К) (2)

где Q - количество тепла, передаваемое через теплообменную

поверхность от горячего потока к холодному, Вт;

F- поверхность теплообмена, м² ;

∆t_лог - средний логарифмический напор между теплообменивающимися средами, К.

∆t_лог=(∆t_{большее} - ∆t_{меньшее})/(ln(∆t_{большее} / ∆t_{меньшее})) (3)

∆t_{большее} и ∆t_{меньшее} - соответственно большая и меньшая разности тем­ператур между теплообменивающимися потоками на входе и выходе аппарата.

Для расчета ∆t_{большее} и ∆t_{меньшее} следует привести конкретный пример

для первого ТПА:

∆t_{большее}= t₁- t₃; ∆t_{меньшее}= t₂- t_В

для второго ТПА:

∆t_{большее}= t₂- t₅; ∆t_{меньшее}= t₄- t_В

для третьего ТПА:

∆t_{большее}= t₄- t7; ∆t_{меньшее}= t₆- t_В

Площадь поверхности теплообмена теплообменника равна:

F=0.77 м²

Количество тепла, передаваемое от воды к воздуху, опреде­лим по формуле:

Q=G∙Cp_m∙(t′-t″) (4)

G - расход воды в кг/сек;

Cp_m - средняя теплоемкость воды (при t_cр); Cp_m≈4,19 кДж/кг·К;

t′ и t″- температуры воды на входе в теплообменник и выходе из него, °С.