Обработка данных и составление отчета
По экспериментальным данным отчетной таблицы для каждого опыта:
1. Определяют расход воздуха (V, м3/с) по градуировочному графику расходомера.
2. Рассчитывают скорость газового потока во входном патрубке циклона ВХ и условную скорость газового потока в циклоне Ц по уравнениям (7.4) и (7.6).
3. Рассчитывают соответствующие коэффициенты гидравлических сопротивлений Ц и по уравнениям (7.3) и (7.5).
4. Рассчитывают величину (PЦ/).
5. Рассчитывают величину начальной СН и конечной СК концентрациями запыленного газа, кг/м3:
и
,
где V – суммарный расход воздуха за время опыта, м3,
,
где V0 – расход воздуха по графику, м3/час; – продолжительность опыта, час.
6. Рассчитывают степень очистки (по уравнению 7.2).
В отчет о работе должны быть включены:
1. Схема установки.
2. Таблицы опытных и расчетных величин.
3. Все перечисленные выше расчеты.
4. График зависимости РЦ от скорости воздуха Ц.
Kohtpoльные вопросы
1. Что такое газовая гетерогенная система?
2. Где и как происходит формирование газовых неоднородных систем?
3. Способы очистки газов?
4. Схема пылеосадительной камеры.
5. Для очистки каких газовых систем используют пылеосадительные камеры?
6. Принцип действия инерционных пылеуловителей.
7. Для эффективного улавливания пыли в инерционных аппаратах скорость газового потока должна лежать в каких пределах?
8. Принцип действия циклона.
9. Схема циклона.
10. Способы создания центробежной силы в циклоне.
11. Классическое уравнение (общее) центробежной силы. Направление центробежной силы.
12. Используя уравнение центробежной силы, сформулировать возможность разделения двух разнородных частиц.
13. Что такое фактор разделения?
14. Эффективность работы циклона зависит от скорости газового потока. Показать, каким образом?
15. Влияет ли диаметр циклона на эффективность его работы? Каким образом? Показать.
16. Почему ограничивают диаметр циклона?
17. Почему ограничивают скорость газового потока в циклоне?
18. Ведут ли расчеты циклонов? Почему?
I9. Как выбирают циклоны?
20. Что такое мультициклон?
21. Почему и в каком случае используют батарейные циклоны?
22. Принцип действия рукавного фильтра,
23. Достоинства и недостатки рукавных фильтров.
24. Материалы, используемые для изготовления фильтрующих перегородок.
25. Принцип действия скруббера.
26. Схема скруббера Вентури.
27. На чем основана электрическая пылеочистка газов?
28. Цель лабораторной работы.
29. Схема установки.
30. Как определить К.П.Д. циклона?
31. Как определяется коэффициент гидравлического сопротивления циклона?
32. Как определяют концентрацию твердых частиц в газовом потоке на входе и выходе из циклона?
ЛИТЕРАТУРА
А.И.Скобло, И.А.Трегубова, Ю.К.Молоканов Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, - М.: Химия, 1982. с. 338, 358-359, 372-383.
Лабораторная работа №8
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ПЕРЕДАЧИ ТЕПЛА
В ТЕПЛООБМЕННИКЕ ТИПА «ТРУБА В ТРУБЕ»
ВВЕДЕНИЕ
Процесс передачи тепла между двумя теплоносителями, имеющими различные температуры, осуществляется в аппаратах различных конструкций, называемых теплообменниками. Одной из таких конструкций является теплообменник «труба в трубе», представляющий собой систему двух коаксиальных труб разных диаметров. По внутренней трубе проходит один теплоноситель, по кольцевому зазору между трубами – второй. Поток тепла при этом направлен поперек цилиндрической поверхности внутренней трубы.
Количество передаваемого в теплообменнике тепла в случае установившегося процесса можно определить из уравнения теплопередачи:
,
(8.1)
где F – теплопередающая поверхность, м ; tCP – средний температурный напор,С; K – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 град).
Средний температурный напор – это разность между температурами горячего и холодного теплоносителей, усредненная вдоль теплопередающей поверхности. Усреднение требуется в тех случаях, когда температура хотя бы одного теплоносителя изменяется при прохождении его через теплообменник. Независимо от взаимного направления движения теплоносителей tCP можно рассчитать по формуле
(8.2)
где tб и tм – большая и меньшая разности температур между теплоносителями на концах теплообменника.
Если
0,5
2,0, то с достаточной точностью tCP
можно рассчитать по формуле:
(8.3)
Коэффициент теплопередачи К по физическому смыслу является термической проводимостью того пути, по которому тепло передается от горячего теплоносителя к холодному. Вдоль этого пути обычно выделяются следующие термические сопротивления:
1. Сопротивление при переходе тепла от основной массы (потока) первого теплоносителя к поверхности трубы (1/1, где 1 – коэффициент теплоотдачи или термическая проводимость ламинарного пристенного слоя);
2. Термическое сопротивление слоя загрязнений на стенках трубы (накипь, ржавчина);
3. Термическое сопротивление собственной стенки трубы (ст /ст, где ст – толщина стенки, ст – коэффициент теплопроводности материала трубы);
4. Термическое сопротивление загрязнений на стенках трубы со стороны второго теплоносителя;
5. Термическое сопротивление ламинарного слоя при переходе тепла от наружной стенки трубы к основной массе второго теплоносителя (1/2).
Так как перечисленные сопротивления проходятся тепловым потоком последовательно, то общее термическое сопротивлении системы равно, сумме отдельных сопротивлений, а проводимость есть величина, обратная сопротивлению:
(8.4)
Определение коэффициентов теплоотдачи является одной из основных задач теории теплообмена. Коэффициенты теплоотдачи рассчитываются из критериальных соотношений, в которых сам вид обобщенных безразмерных переменных (критериев подобия) определяется теоретически на основе теории подобия, а явный вид зависимости между критериями находится экспериментально для каждого вида теплообмена.
Коэффициент теплоотдачи входит в определяемый критерий Нуссельта (Nu), характеризующий интенсивность перехода тепла на границе потока–стенки:
(8.5)
Определяемый критерий Nu, в свою очередь, является функцией следующих определяющих критериев:
где Pr – критерий Прандтля:
(8.6)
характеризует отношение вязкостных и температуропроводных свойств теплоносителя (физические свойства);
Re – критерий Рейнольдса:
(8.7)
характеризует соотношение сил инерции и молекулярного трения в потоке;
Gr – критерий Грасгофа
(8.8)
характеризует соотношение сил трения и подъемной силы, обусловленной различием плотностей в отдельных точках неизотермического потока;
где – плотность, кг/м3; сp – удельная теплоемкость (при постоянном давлении), Дж/кг К; , – динамический (Па×С) и кинематический (м2/с коэффициент вязкости; a, – коэффициенты температуропроводности (м2/с) и теплопроводности (Вт/м×К); l – определяющий геометрический размер, м (в работе – это диаметр внутренней трубы или эквивалентный диаметр кольцевого пространства); – средняя скорость потока, м/с; g – ускорение свободного падения, м/с2; – коэффициент объемного расширения, К-1; t – разность температур стенки и жидкости (или наоборот), К
Вид критериального соотношения для расчета коэффициентов теплоотдачи определяется экспериментально для каждого конкретного случая. Так, при движении потоков в прямых трубах и каналах он зависит от режима течения жидкости (газа);
а) при развитом турбулентном течении (Re 10000):
(8.9)
где l – поправочный коэффициент, учитывающий влияние на коэффициент теплопередачи отношения длины трубы L к ее диаметру d. Значения l приведены в табл. 4.5. (1, с. I54.) При L/d > 50, l 1.
б) в переходной области (2300 Rе 10000) точных зависимостей не имеется. Для практических расчетов рекомендуется приближенное уравнение:
(8.10)
в) при ламинарном режиме движении теплоносителя между двумя трубами, расположенными концентрически, критериальное уравнение для расчета теплообмена с поверхностью внутренней трубы имеет вид:
(8.11)
где l – коэффициент, учитывающий изменение среднего коэффициента теплоотдачи в зависимости от длины и диаметра трубы.
При ламинарном режиме для труб с соотношением L/d > 50, l 1. Множитель (Pr/Prст) учитывает направление теплового потока и близок к единице, когда температуры жидкости и стенки не сильно отличаются.
При расчетах критериев за определяющую температуру принимается средняя температура потока, а за определяющий размер l – эквивалентный диаметр dэ.