ПиАХТ Лаба №3

Лабораторная работа №3

Тема: Исследование теплообмена в теплообменнике с перегородками

Цель работы: Знакомство с устройством и работой теплообменника с перегородками, овладение расчетом коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи, составление тепловых балансов.

Схема теплообменника с перегородками в межтрубном пространстве:

Ход работы:

№ п/п	Время опыта t, мин	Показания ротаметров		Расход воды, кг/с		Температура воды, C
		горячей воды	холодной воды	горячей G1	холодной G2	горячей			холодной
						на входе	на выходе	на входе		на выходе
1	0	90	90	0,10869	0,105809	55	46,5	14,4		23,5
2	3					55,6	47,4	14,4		23,7
3	6					56,7	48,1	14,4		24,1
4	9					57,9	48,4	14,5		24,4
5	12					58,9	48,9	14,5		24,4

1. Рассчитываем тепловой поток, передаваемый от горячей воды к холодной по уравнению:

где с₁ и с₂ – удельные теплоемкости горячей и холодной воды при средних температурах, Дж/(кг·К).

2. Составляем температурную схему процесса:

и рассчитаем среднюю движущую силу процесса Δt_ср по формуле:

поскольку:

3. Определяем опытное значение коэффициента теплопередачи:

Поверхность теплообмена F для данного типа теплообменного аппарата определяется по формуле:

где d_ср=(d_н+d_вн)/2 – средний диаметр внутренней трубы, м; d_н, d_вн – наружный и внутренний диаметр трубы, м; l – длина теплообменной поверхности, м; n – количество труб в теплообменнике.

4. Для каждого теплоносителя находим скорости движения:

где ρ₁ и ρ₂ – плотности горячей и холодной воды при средних температурах, кг/м³. Площадь сечений для теплоносителей определяется из выражений:

для горячего теплоносителя:

для холодного теплоносителя:

Рассчитаем:

5. Определяют режим движения для теплоносителей по значению критериев Рейнольдса:

где μ₁ и μ₂ – коэффициенты динамической вязкости для горячей и холодной воды при средних температурах, Па*с.

Эквивалентные диаметры для горячего и холодного теплоносителей, соответственно:

6. На основании полученных значений Re₁ и Re₂ выбираем критериальные уравнения для расчетов критериев Nu₁ и Nu₂:

Входящие в эти уравнения критерии Pr_ст1 и Pr_ст2 находятся по температурам стенок t_1ст = t_1ср – Δt₁ и t_2ст = t_2ср + Δt₂ после расчета частных температурных напоров Δt₁ и Δt₂ по формулам:

Соответственно:

Находим остальные недостающие значения:

Рассчитаем значения критериев Нуссельта:

На основании критериев Нуссельта рассчитываем коэффициенты теплоотдачи:

где

7. Рассчитаем коэффициент теплопередачи K_р:

где:

8. Значения частных температурных напоров проверим по уравнениям:

9. Сравним коэффициенты теплопередачи K_р и K_о путем нахождения относительной погрешности:

Вывод: в ходе лабораторной работы мы ознакомились с устройством теплообменника с перегородками, овладели методикой расчета коэффициента теплоотдачи () и теплопередачи (). В результате проведенного опыта было получено опытное значение коэффициента теплоотдачи и вычислено расчетное , относительная погрешность составила 38,42%