Обработка результатов опыта

Определение опытного коэффициента теплопередачи

Определение коэффициента теплопередачи k_ц производится в приведенной ниже последовательности:

1. Количество теплоты, переданное от горячей воды холодной воде, вычисляется по формуле (34). Значение теплоемкостей с_pm1, с_pm2 определяются по средней температуре горячей и холодной воды:

t_1cp = 0,5∙(t₁′+t₁″) ; t_2cp = 0,5∙(t₂′+t₂″).

2. Расчетная поверхность теплообменника:

F = 𝜋∙d_cp∙l

где: d_cp = 0,5∙(d_нар + d_вн) – средний диаметр внутренней трубки, м;

d_нар и d_{вн –} соответственно, наружный и внутренний диаметры трубки, по которой протекает горячая вода, м;

l – длина трубки, м.

3. Среднелогарифмический температурный напор в теплообменнике:

.

При < 1,7 температурный напор достаточно точно может быть определен по формуле:

△t = 0,5∙(△t_max+△t_min) ,

где: △t_max и△t_min – наибольший и наименьший температурный напор, ⁰С.

Значения △t_max и△t_min определяются с учетом схемы движения теплоносителей и соотношения водяных эквивалентов, которые определяются по формулам:

W₁ = G₁∙с_pm1 и W₂ = G₂∙с_pm2 .

4. Решая уравнение (33) относительно коэффициента теплопередачи получим:

.

5. Сопоставить значения коэффициента теплопередачи при движении теплоносителей по схемам «прямоток» и «противоток». Построить графики изменения температур в указанных схемах и оценить эффективность теплообменника при различных схемах движения теплоносителей.

Определение расчетного коэффициента теплопередачи

Порядок расчета коэффициента теплопередачи по формуле (39) с использованием критериальных уравнений и результатов испытаний приводится ниже.

1. Определение режима движения горячей и холодной воды в теплообменнике по критерию Рейнольдса:

где: ω – средняя скорость движения теплоносителя, м/с

для горячей воды:

для холодной воды:

где: D_вн – внутренний диаметр внешней трубы теплообменника, по которой протекает холодная вода, м;

ν_ж1, ν_ж2, ρ_ж1, ρ_ж2 – вязкость и плотность, соответственно, горячей и холодной воды, определенные по средним температурам t_1ср и t_2ср из таблиц физических свойств воды;

d_экв = D_вн – d₂ – эквивалентный диаметр для движения холодной воды, м в кольцевом канале.

При численном значении критерия Рейнольдса меньше 2300 режим движения теплоносителей называется ламинарным, а при значении критерия Рейнольдса выше 10⁴ – развитым турбулентным.

2. Критерий подобия Нуссельта определяется по формуле:

   1. Ламинарный режим:

Для горячей воды d = d₁, для холодной воды – d = d_экв.

2. Турбулентный режим:

где: Рг_ж – критерий Прандтля жидкости, определяемый по средней температуре теплоносителя из таблицы физических свойств воды;

Рг_ст – критерий Прандтля жидкости, определяемый при температуре стенки.

3. Средние значения коэффициентов теплоотдачи находятся по формулам 40 и 41:

и

где: λ₁ и λ₂ – коэффициенты теплопроводности теплоносителей из таблицы физических свойств воды.

4. Расчет термических сопротивлений находят по формулам 35-37:

5. Расчетное значение коэффициента теплопередачи определяется по формуле (39) и сопоставляется с его опытным значением.