Обработка опытных данных и составление отчета

Расчет опытного коэффициента теплоотдачи от воды к стенке

1. Находим среднюю температуру воды.

t_cр = (37,6 +37,0)/ 2 = 37,3⁰С

2. Вычисляем площадь поперечного сечения трубного пространства на один ход, по которому движется вода:

	,
где	dв = 0,014 – внутренний диаметр трубы, ; n = 28 – число труб на один ход. м2

3. Определяем эквивалентный диаметр:

для труб круглого сечения

dэ = dв = 0,0043 м2

4. Находим скорость течения воды W (м/с).

 

W = L/f∙3600 = 0.025 м/с

 

5. По табл. 1. определяем динамическую вязкость = 0,0007 Па∙с и плотность воды = 993 кг/м³ при ее средней температуре.

Таблица 1 - Физические свойства воды при атмосферном давлении

Темпе-ратура, 0C	Динамическая вязкость m ×103, Па×с	Плотность r, кг/м3	Теплоем-кость с,	Коэффициент теплопроводности l, Вт/(м×К)	Критерий Прандтля	Коэффициент объемного расширения b ×105,1/К
	1,790		4,210	0,552	13,700	0,500
	1,310		4,190	0,575	9,520
	1,010		4,190	0,600	7,020
	0,810		4,180	0,618	5,420
	0,660		4,180	0,634	4,310
	0,560		4,180	0,648	3,540
	0,470		4,180	0,659	2,980	51,100
	0,410		4,190	0,668	2,550

 

6. Вычисляем критерий Рейнольдса.

 

= 496,239

 

7. Находим критерий Нуссельта:

а) задаться температурой стенки (по согласованию с преподавателем):

t_ст= 37,1468⁰ С

б) в зависимости от режима движения воды по табл. 1 находим коэффициент объемного расширения воды b (1/К) при ее средней температуре:

b = 0,00038 (1/К)

в) Определяем критерий Грасгофа:

= 3.154∙10³

г) по таблице 2 определяем коэффициент e_l;

Таблица 2 – Значения коэффициента e_l

Re	Коэффициент el при l / d
				50 и более
До10000	1,28	1,13	1,07	1,03
	1,23	1,13	1,07	1,03
	1,18	1,10	1,05	1,02
	1,13	1,08	1,04	1,02
	1,10	1,06	1,03	1,02

 

где l /d – отношение длины трубы к ее внутреннему диаметру.

e_l = 1

д) по табл. 1 находим два критерия Прандтля для воды: при средней температуре воды и при температуре стенки:

Pr = 4.5

Pr_cт = 5,5

е) вычисляем критерий Нуссельта:

 

Nu = 0,15 e_l×Re^0,33×Pr^0,43×Gr^0,1(Pr/Pr_ст)^0,25= 5.419

8. Определяем коэффициент теплоотдачи от воды к стенке (Вт/(м²×с):

 

= 239,976 Вт/(м2×с).

Значение коэффициента теплопроводности воды l находим по табл. 1 при средней температуре воды.

 

 

Определение коэффициента теплоотдачи от стенки к воздуху

1. Находим среднюю температуру воздуха.

t_cр = (26,3 +31,6)/ 2 = 28,95⁰С

 

2. Определяем площадь сечения межтрубного пространства F (м²), по которому движется воздух.

 

F =((d_к.вн)² ∙π/4) - 28∙((d_тр)² ∙π/4) = 0,013 м²

3. Вычисляем расход воздуха при средней температуре (м³/ч):

	= 173,464 м3/ч
где	Т – средняя температура воздуха, К;
V0 – расход воздуха (при комнатной температуре t), м3/ч.

4. Находим скорость воздуха w (м/с):

 

w = V₀/F∙3600 = 3.639 м/с

 

5. Рассчитываем плотность воздуха при его средней температуре (кг/м³):

	= 1,166 кг/м3
где	r0 - плотность воздуха при нормальных условиях, r0 = 1,29 кг/м3.

 

6. По табл. 3 определить динамическую вязкость воздуха m при его средней температуре.

Таблица 3 - Физические свойства воздуха при атмосферном давлении

Температура, 0С	Динамический коэффициент вязкость m ×106, Па×с	Коэффициент теплопроводности l, Вт/(м×К)	Теплоемкость Ср, Дж/(м3×К)
		0,0244
	19	0,0280
	21,5	0,0326
		0,0361
		0,0396

 

m = 18∙10 ^-6 Па∙с

7. Вычислить критерий Рейнольдса, характеризующий режим течения газа:

= 6592

8. По соответствующему критериальному уравнению находим критерий Нуссельта:

Nu = 0,018ε₁ Re ^0,8= 20,441

 

9. Определить коэффициент теплоотдачи от воздуха к стенке (Вт/(м²×К):

 

	= 18,646
	=0,028 м
где	D – внутренний диаметр кожуха, м;
– общеечисло труб; - наружный диаметр труб, м.

Значение коэффициента теплопроводности воздуха находится по табл. 3. при средней температуре воздуха.