Контрольные вопросы к работе:

1. Изменяется ли кинетическая и общая энергия потока воздуха на выходе из теплообменника, по отношению к его входу?

2. Как изменяется температура воздуха по длине теплообменника (растет, уменьшается, остается постоянной)? Почему?

3. На что затрачивается энергия при движении воздуха через кожухотрубный теплообменник?

4. Что такое средняя скорость потока?

5. Чем обусловлены потери давления по длине трубы? Что оказывает влияние на величины этих потерь? Для каких жидкостей они отсутствуют?

6. Почему возникают потери давления при прохождении потоком вентиля, задвижки, колена? От чего зависит величина этих потерь?

7. Как в работе определялась скорость движения воздуха?

8. Определите эквивалентный диаметр для каналов, представленных на рисунке 3. Как он изменится, если поток заполняет канал на ½?

9. Каковы размерность и физический смысл чисел Эйлера и Рейнольдса?

10. Какова зависимость гидравлического сопротивления аппарата от скорости движения воздуха?

11. Какие мероприятия вы можете предложить для снижения гидравлических потерь?

Список использованной литературы

1. Федоров Г.С., Акулич А.В., Киркор А.В.,Полевич А.А. Методические указания к лабораторным занятиям по курсу « Основы процессов и аппаратов». Раздел «Гидромеханические процессы». – Могилев, 1991. – 43 с.

2. Акулич А.В. Гидравлика и гидропривод. Лабораторный практикум. – Могилев: МГУП, 2002. – 132 с.

3. Башта Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидропривод. – М.:Машиностроение, 1982. – 423 с.

Лабораторная работа №7

Изучениеработыпластинчатоготеплообменногоаппарата Введение

Пластинчатые теплообменники нашли широкое применение в пищевой и смежных отраслях народа- хозяйственного комплекса страны ввиду их неоспоримых достоинств, к числу которых относятся:

-высокая интенсивность теплообмена;

-компактность

-высокая степень унификации деталей, что позволяет перекомпоновывать аппараты при изменении производительности или номенклатуры обрабатываемых продуктов;

-возможность разборки для чистки и мойки.

Пластинчатые теплообменники компонуются из пластин одинакового размера. Они располагаются в пространстве параллельно друг другу; при этом между рабочими поверхностями двух смежных пластин образуется зазор (3-5мм), который выполняет функции канала для жидкости, подвергаемой охлаждению или нагреванию. В простейшем случае теплообменник может состоять из 3-х пластин, формирующих два канала, по одному из которых течет жидкий продукт, а по другому- рабочая среда, играющая роль тепло- или хладоносителя.

Пластины теплообменника снабжаются прокладками, что позволяет организовать изолированные друг от друга системы каналов, с чередующимися потоками греющей и обогреваемой жидкости.

На рисунке 4 представлена схема пластинчатого теплообменника. Пластины 6 свободно продвигаются по направляющим 7 и13. Каждая пластина имеет резиновую прокладку, закреплённую во впадинах. Из таких пластин собираются пакеты (совокупность каналов, образованных пластинами, по которым продукт движется в одном направлении). В свою очередь, из пакетов образуются секции. В секции пластины прижимаются к станине 3 винтом 10 через нажимную плиту 8. Винт вращается в гайке, укреплённой в стойке 9. В сжатом виде пластины образуют четыре продольных коллектора 4, 5, 14, 12, в каждом через патрубок 1 ,2, 11 подаются и отводятся рабочие среды.

Основным элементом, определяющим интенсивность теплообмена в аппарате, является теплообменная пластина. В настоящее время наиболее широкое распространение получили рифлёные пластины ленточно- и сетчатопоточного типов (рисунок 5,6). Наличие рифлей (гофр) на поверхности пластин позволяет создать извилистые щелевидные межпластинчатые каналы, в которых за счет изменения величины проходного сечения и вектора скорости движения жидкости достигается значительнаятурбулизация последней, при сравнительно малых скоростях потока.

При применении ленточно-поточных пластин форма потока жидкости в канале между пластинами подобна форме волнистой гофрированной ленты.

В пластинах сетчато-поточного типа предусмотрены турбулизирующие элементы, которые используют одновременно и для создания равномерной сетки опор между пластинами. В каналах, составленных из пластин сетчато-поточного типа, поток жидкости постоянно перераспределяется и изменяет направление своего движения в двух плоскостях. Это позволяет существенно интенсифицировать теплоотдачу без увеличения общегогидравлического сопротивления теплообменника.

Пластинчатые аппараты применяются для охлаждения, нагрева пастеризации молока, сливок, овощных и фруктовых соков, пива, мясокостных бульонов и т.п. В них возможно охлаждение таких высоковязких продуктов как сгущенное молоко с сахаром, творожные массы. В последних разработках фирмы а-Lawal предлагается использовать их в качестве выпарных аппаратов для сгущения жидких термолабельных продуктов.

Цель работы:

- ознакомление с устройством и принципом работы пластинчатого работопластинчатого теплообменника;

- определение величины тепловых потерь в аппарате

- определение общего коэффициента теплопередачи.

Описаниеэкспериментальной установки

Исследуемый теплообменник состоит из 42 штампованных пластин из нержавеющей стали. Площадь теплопередающей поверхности пластины F₁=0,04м², ширина проточной части b=0,07м, толщина пластины d_пл=5∙10^-4м, приведённая длинна межпластинчатого канала L_n=0,566м, зазор между пластинами а=2∙10^-3м.

1,2,11- патрубки для подачи и отвода рабочих сред; 3-станина; 4,5,12,14- продольные коллекторы, образованные сжатыми пластинами; 6- пластина; 7,13-направляющие; 8- нажимная плита; 9- стойка; 10- винт.

Рисунок 1- схема пластинчатого теплообменному аппарата

Пластины (рисунок 2) с помощью стяжек 1 плотно сжимаются друг с другом и прижимаются к неподвижным плитам 2и3. По периферии каждой пластины и вокруг отверстий для прохода теплоносителей приклеены резиновые прокладки. После сборки и сжатия пластин в аппарате образуются две системы герметичных каналов: одна для холодной воды, другая- для пара. Схема движения холодной воды в межпластинном канале показана на рисунке 7. На плитах 2 и 3 размещены штуцеры 4 и 7 для подвода холодной воды и пара и отвода нагретой воды и конденсата. Рабочие среды в теплообменнике движутся противотоком. Как видно из схемы компоновки аппарата, он состоит из одной секции, включающая два пакета. Каждый пакет образован десятью продуктовыми каналами.

Холодная вода поступает в теплообменник из водопроводной сети через ротаметр Р. Регулировка расхода осуществляется вентилем ВРI, контроль температуры ведется с помощью термометра T1 марки ТСМ. Подогретая вода, температура которой измеряется термометром Т2, выходит из теплообменника и сбрасывается в канализацию.

Пар из парогенератора ПГ через вентиль ВР2,который регулируется его расход, поступает в теплообменник. На подводящем паропроводе установлен манометр М и термометр Т3 для контроля параметров пара. Расход греющего пара определяются по конденсату, покидающему теплообменник, проходящему через конденсатоотводчик КО и собирающемуся в мерном сосуде МС, снабженном водомерным стаканом. На линии конденсата установлен термометр Т4 для контроля температуры конденсата.

Для непрерывного изменения и регистрации температуры рабочих сред на входе и выходе из теплообменника установка снабжена автоматическим потенциометром КСП-4(на схеме не показан).

Методикапроведенияэксперимента

Перед началом проведения эксперимента аппарат готовят к пуску:

Открывают запорные вентили В32, на паропроводе, В31 на линии отвода конденсата и В34 на линии отвода подогретой воды. Закрывают вентиль В33 на линии сброса конденсата.

Открывают вентиль ВПI на линии холодной воды и устанавливают некоторый расход.

Открывают вентиль ВР2 на паропроводе и устанавливают расход пара таким, чтобы вода на выходе из теплообменника имела температуру 50-60^оС

1-стяжка; 2,3- неподвижные плиты; 4,7-технологические штуцеры. В31,4- вентили запорные; ВР1,2- вентили регулирующие; КО- конденсатоотводчик; М- манометр МТП-160; СК-сборник конденсата; СМ- сосуд мерный; ПГ- парогенератор (стерилизатор ВК-75); Р- расходометр(УВК-20); Т1÷4- термометр сопротивления ТСМ-6097.

Рисунок 2 – схема экспериментальной установки исследования

Момент устанавливания постоянной температуры воды на выходе из аппарата характеризующей наступление стационарного режима, принимается за начало исследования. В этот момент замечают время , закрывают вентиль В31.

В процессе исследования через каждые 5 минут после установления стационарного режима при новом расходе холодной воды регистрируют следующие величины:

-температуру поступающей холодной воды t₂^н

- температуру поступающего пара t₂^н

- температуру уходящей горячей воды t₂^к

- температуру конденсата t_кон

-количество воды V, прошедшей через аппарат (по показанию расходометра Р)

-давлению пара по показанию манометра М на паропроводе;

-расхода греющего пара по количеству конденсата D, (по объёму, собираемому в СМ за τконтрольный промежуток времени).

Затем проводят еще 4 испытания для различных расходов холодной воды.

Все данные заносят в протокол испытания.

По окончании испытания установку выключают в следующем порядке:

- отключают парогенератор;

-открывают запорные вентили В31 и В33;

- закрывают вентили В32, ВР2, ВРI.

Обработкарезультатовизмерения

Для каждого проведенного опыта определяется количество воды, прошедшее за время через теплообменник ∆V и количество полученного конденсата ∆D. По этим данным рассчитываются массовый расход холодной воды G₁=∆V/(p_B∙τ),кг/с; и пара D=∆D(p_k/ τ), кг/с. Здесь p_Bи p_k– плотности воды и конденсата, найденные при средних температурах и конденсатах.

Находят (по уравнению 2) количество тепла, отданное греющим паром Q₁ и количеством тепла, поглощенного холодной водой Q₂. Разность между Q₁ и Q₂ дает величину тепловых потерь. Обычно теплопотери в окружающую среду определяются в % (долях) от полезно воспринимаемого тепла.

[(Q₁-Q₂)/Q₂]х100%

Общий коэффициент теплопередачи рассчитывается с помощью основного уравнения теплопередачи (7). Тепловой поток Q=Q₂. Площадь теплопередающей поверхности аппарата определится как

F=F₁∙n,

Где n- число пластин в аппарате.

Средний температурный напор ∆t_ср рассчитывается по уравнению (10) или(11), предварительно построив графики изменения температур теплоносителей (рисунок2).

Результаты расчета заносятся в протокол испытания.

Таблица 1 – Протокол испытания

Показания
Расходометр		Указатель уровняСМ			Термометров Т1-Т4
При τ=0 Vо, м3	При τ=20мин V1,м3	Приτ=0 Do, см3	При τ=20мин D1, см3	Т1,С		Т2,С	Т3,С	Т4,С

Таблица 2 – Протокол испытания

Расчетные параметры
Расход, кг/с		Указатель уровня СМ			Средняя движущая сила процесса ∆t, С	Коэффициент Теплопередачи, КВт/(м2, С)
ВодыG1	ПараD	Q1	Q2	Q3

Лабораторная работа №8