Цель работы
Экспериментальное определение коэффициента теплопередачи К в теплообменнике «труба в трубе»; расчет коэффициентов теплоотдачи 1 и 2, расчет термического сопротивления загрязнений стенки и сравнение тепловой проводимости загрязнений стенки с коэффициентами теплоотдачи и теплопередачи.
Описание установки
Установка (рис.8.1) состоит из теплообменника 1, термостата для горячей воды 2, водопровода 3, контрольно–измерительных приборов (ротаметры 4, 5; термометры 6, 7, 8, 9). В качестве теплоносителя используется дистиллированная вода, подогретая до определенной температуры в термостате.
Теплообменник «труба в трубе» состоит из двух стеклянных труб: наружной трубы внутренним диаметром 18 мм и концентрически расположенной внутри ее трубы диаметром 10,50,75 мм. Рабочая длина трубы (7902) мм.
Горячую воду подают из термостата во внутреннюю трубу теплообменника с последующим возвращением в термостат. Холодную воду из водопровода подают в межтрубное пространство теплообменника, затем отводят в канализацию.
Расходы горячей и холодной воды замеряют ротаметрами. Температуру горячей и холодной воды до и после теплообменника измеряют ртутными термометрами.
Рис. 8.1. Схема лабораторной установки:
1 – теплообменник типа «труба в трубе»; 2 – термостат; 3 – вентиль; 4, 5 – ротаметры; 6, 7, 8, 9 - термометры
Методика проведения работы
При пуске установки устанавливают небольшой расход холодной воды, затем налаживают циркуляцию горячей воды (с небольшим расходом) по схеме: термостат 2 – трубное пространство теплообменника 1 – ротаметр 5 – термостат 2. После прогрева теплообменника (5–10 мин.) устанавливают заданные расходы горячего и холодного теплоносителей. Работают на установившемся режиме. Через каждые 2–5 мин. записывают показания термометров 6, 7, 8, 9. Замеры заканчивают, когда начальная и конечная температуры холодной воды примут постоянные значения (5–7 значений), что обозначает установившийся температурный режим.
Обработка опытных данных и составление отчета
1. Величину коэффициента теплопередачи К вычисляют из уравнения (8.1). При этом средний температурный напор tСР определяют по формуле (8.2) по измеренным температурам холодного и горячего тепло носителей при установившемся режиме. Количество тепла, переданного от горячего теплоносителя к холодному, находят из уравнения:
(8.12)
где Q
– количество тепла, воспринятого
холодной водой, Вт; GB
– расход холодной воды, кг/с; cB
– теплоемкость воды, Дж/кг град,
(Приложение 1, лабор. раб. №9);
– конечная и начальная температуры
холодной воды, С.
При этом теплоемкость холодной воды определяют при ее средней температуре.
2. Средние температуры теплоносителей определяют с учетом того, что температуры теплоносителей при прохождении вдоль разделяющей поверхности изменяются не линейно, а экспоненциально.
При
условии, если
<
средние температуры определяются
следующим образом:
;
Если , то
;
где: индекс «г» относится к горячему теплоносителю, а индекс «х» – к холодному.
3. Коэффициенты теплоотдачи 1 и 2 определяются в зависимости от режима течения по формулам (8.5, 8.9, 8.10, 8.11).
Значения физических констант берутся при средних температурах соответствующих теплоносителей. Так как температура стенки заранее неизвестна, то в качестве первого приближения при вычислении коэффициентов '1 и '2 принимается Pr/PrСТ = 1. После этого во втором приближении определяется значение температуры стенки tСТ, из следующих выражений:
а) для теплового потока от горячей воды к стенке:
(8.13)
где Q – количество тепла, отданного горячей водой (или воспринятого холодной водой), Вт; F – теплопередающая поверхность, м2; tст1 – температура стенки со стороны горячей воды, С.
б) для теплового потока от стенки к холодной воде:
(8.14)
где tст2 – температура поверхности стенки со стороны холодной воды, С.
Затем вычисляют значения Prст1 и Prст2 при полученных температурах tст1 и tст2, рассчитывают более точные значения коэффициентов теплоотдачи 1 и 2 по формуле (8.5, 8.9, 8.10, 8.11).
4. Величину термического сопротивления загрязнений на стенках теплопередающей трубы rзагр. находят из выражения (8.4).