4. Обработка результатов эксперимента
Для обработки нужно использовать данные, полученные только при установившемся тепловом режиме работы теплообменника. Обычно берут среднее значение температур воды из последних трех записей. Коэффициент теплопередачи теплообменника вычисляется по уравнению (19).
Количество теплоты, переданное горячей водой и воспринятое холодной, определяется по уравнению теплового баланса.
,
(20)
где G1 и G2
– соответственно расходы горячей и
холодной воды, кг/c; cр1
и ср2 - удельные теплоемкости
горячей и холодной воды, определяются
из табл.1 по средним температурам;
и
, кДж/(кг·К);
,
,
,
- температуры горячей и холодной воды
на входе и выходе из теплообменника,
0С; Q
- количество теплоты, теряемое
теплообменником в окружающую среду,
Вт.
При наличии хорошей тепловой изоляции теплообменника можно принять Q =0.
Средний логарифмический температурный напор определяется по формуле
, (21)
где
,
– наибольший и наименьший температурные
напоры, 0С.
Характер изменения температур горячей и холодной воды при прямотоке и противотоке показан на рис.6.
В качестве расчетной площади поверхности теплообмена принимается площадь поверхности, подсчитанная по среднему диаметру внутренней трубки,
, (22)
где
Вычислив Q, F
и
,
определим коэффициент теплопередачи
по уравнению (19). Интенсивность передачи
теплоты от одной жидкости к другой через
разделяющую цилиндрическую стенку
часто характеризуется линейным
коэффициентом теплопередачи кl,
Вт/(м·К)
. (23)
Полное представление об условиях протекания процесса теплообмена в теплообменнике позволяет получить коэффициенты теплоотдачи 1 и 2, которые характеризуют соответственно интенсивность теплообмена между горячей водой и стенкой, стенкой и холодной водой. Значение 1 и 2 необходимо рассчитать по соответствующим критериям уравнения теплообмена при вынужденном движении жидкости в трубах [1], с. 173-189.
После определения 1
и 2
вычисляется расчетный линейный
коэффициент теплоотдачи
по формуле
, (24)
где 1 - коэффициент теплоотдачи от горячей воды к стенке, Вт/(м2·К); 2 - коэффициент теплоотдачи от стенки к холодной воде, Вт/(м2·К); - коэффициент теплопроводности материала трубы, Вт/(м·К); d2 ,d1 - соответственно для внутренней трубки теплообменника наружный и внутренний диаметр, м.
Для каждой схемы движения теплоносителя проводятся свои расчеты, и результаты заносятся в табл.2.
Средние скорости движения холодной Wхв и горячей воды Wгв необходимые для вычисления 1 и 2 определяются по формулам:
для горячей воды
, (25)
для холодной воды
. (26)
Здесь гв
и хв
– соответственно плотности горячей и
холодной воды, кг/м3, выбираемые
из таблицы 1 по средним температурам
и
; D1 – внутренний
диаметр наружной трубы, м.
Таблица 1
Физические свойства воды
0С |
Р 10 -5, Па |
, кг/м3 |
ср, кДж/(кг·К) |
·102, Вт/(м·К) |
υ·106, м2/с |
0 |
1,013 |
999,9 |
4,212 |
55,1 |
1,789 |
10 |
1,013 |
999,7 |
4,191 |
57,4 |
1,306 |
20 |
1,013 |
998,2 |
4,183 |
59,9 |
1,006 |
30 |
1,013 |
995,7 |
4,174 |
61,8 |
1,805 |
40 |
1,013 |
992,2 |
4,174 |
63,5 |
1,659 |
50 |
1,013 |
988,1 |
4,174 |
64,8 |
1,556 |
60 |
1,013 |
983,2 |
4,179 |
65,9 |
1,478 |
70 |
1,013 |
977,8 |
4,187 |
66,8 |
1,415 |
80 |
1,013 |
971,8 |
4,195 |
67,4 |
1,365 |
90 |
1,013 |
965,3 |
4,208 |
68,0 |
1,326 |