Оформление протокола и обработка результатов эксперимента

5.4.1 Значение коэффициента теплоотдачи рассчитываем по формуле

(5.20)

где – электрическая мощность;

– внутренний радиус обогревательного участка;

L=2,065 м – длина обогревательного участка;

– температура внутренней поверхности нагревательного участка.

(5.21)

где =18,6Вт/мК;

– наружный радиус обогревательного участка;

– температура наружной поверхности стенки.

Величины плотности теплового потока массового расхода жидкости М связаны между собой уравнением теплового баланса.

Поскольку подвод тепла равномерный по длине канала, энтальпия и температура воды зависят линейно от координаты:

(5.22)

М – массовый расход воды через нагревательный участок;

– координата термопары (от начала обогреваемого участка до i-й термопары).

(5.23)

l₁=0,27 м; l₂=0,6 м; l₃=0,97 м; l₄=1,3 м; l₅=1,65 м; l₆=1,97 м.

После проведения расчетов строится график распределения: α=f(l)

Находится среднее значение коэффициента теплоотдачи

Определяется среднее значение критерия Нуссельта:

(5.24)

где =0.061 м;

=0.063 м;

– определяется по рисунку 11.

Полученное значение сравнить со значением рассчитанным по формуле:

(5.25)

где индексы соответствуют ядру потока и стенке канала соответственно.

0,3

0,6

0,9

1,2

1,5

0,55

0,60

0,75

0,3

ρ, кг/м³

γ∙10⁶м²/с

λ, Вт/мК

i∙10⁶, Дж/кг

Рисунок 11

5.5 Указания ксоставлению отчета

Отчет о выполненной работе должен содержать: принципиальную схему экспериментального стенда; протокол испытаний; обработку результатов опытов, оценку погрешности, график α=f(l) и средние значения критерия Нуссельта.

Контрольные вопросы

1. Что такое средняя скорость потока?

2. При развитом турбулентном течении жидкости в канале от чего в большей степени зависит коэффициент теплоотдачи – от скорости жидкости или от внутреннего диаметра канала?

3. Как можно объяснить расхождения экспериментально полученных значений от расчетных?

4. Гидродинамический и тепловой пограничный слой.

5. Коэффициенты теплоотдачи для ламинарного и турбулентного режимов.

6. От чего зависит естественная циркуляция?

7. Принцип развития естественной циркуляции.

8. Критериальное уравнение.

9. Формула Михеева.

10. Устройство и принцип работы установки.

11. За счет чего возникает движение теплоносителя в контуре?

12. Для чего служит бак с водой в составе установки?

13. Принцип работы контура теплообменников

14. Принцип работы термопары. Типы термопар.

15. Каким образом выражается суммарная сила трения?

6 Методические указания к лабораторной работе №6 «Определение коэффициента теплопередачи при движении жидкости в теплообменнике типа «труба в трубе» в зависимости от схемы движения теплоносителя»

Цель работы

Исследование теплотехнических характеристик теплообменника типа «труба в трубе», оценка влияния способа организации циркуляции теплоносителя на характеристики теплообменника.

Теоретическая часть

Тепловой поток при нагреве или охлаждении теплоносителя рассчитывается по формуле:

(6.1)

где Q – тепловой поток, воспринимаемый или отдаваемый теплоносителем, Вт;

G – массовыйрасход теплоносителя, кг/с;

С_Р – теплоемкость теплоносителя, Дж/кг∙К;

– разница температур теплоносителя на входе и выходе из теплообменника, ˚ С;

КПД теплообменника определяется по формуле:

(6.2)

где Q_X – тепловой поток, воспринимаемый холодным контуром;

Q_Г– тепловой поток, передаваемый горячим контуром.

Интегральный коэффициент теплопередачи от одного теплоносителя к другому находится из уравнения:

(6.3)

где Q – тепловой поток, передаваемый через теплообменную поверхность, Вт;

k – коэффициент теплопередачи, Вт/м²∙К;

F – площадь теплообменной поверхности, м²;

– логарифмический температурный напор, К:

(6.4)

где и – больший и меньший температурные напоры на теплообменной поверхности; определяются по диаграмме температурных напоров (рисунок 12)

Рисунок 12 – Диаграмма температурных напоров для теплообменника

6.3 Описание лабораторной установки:

Лабораторная установка предназначена для исследования теплотехнических характеристик теплообменников различных типов (кожухотрубный теплообменник, теплообменник типа «труба в трубе» и воздушно-водяной теплообменник), определения теплоемкости и вязкости жидкости.

Общий вид установки представлен на рисунке 13.

Рисунок 13 – Стенд учебный «Теплотехника жидкости»

Гидравлическая схема стенда приведена на рисунке 14.

Рисунок 14 – Гидравлическая схема стенда

Учебный стенд имеет два контура циркуляции теплоносителя:

– 1 контур(горячая ветка);

– 2 контур (холодная ветка)

Теплообменник труба в трубе (ТОТТ) представлен на рисунке 15. Внутренняя трубка диаметром 9,5х1 мм изготовлена из меди, внешняя трубка диаметром 30х3 мм выполнена из оргстекла. Длина теплообменной поверхности 455 мм.

Рисунок 15 – Теплообменник «труба в трубе»

При исследовании теплообменника типа «труба в трубе» используются следующие элементы лабораторной установки:

– теплообменник «труба в трубе»;

– бак запаса воды;

– нагревательный элемент;

– 4 насоса (по 2 насоса на каждый контур);

– запорная и регулирующая арматура;

– расходомеры;

– охладитель теплоносителя холодной петли циркуляции теплоносителя.

Теплоноситель с напора насосов Н2 и Н3 подается в нагревательный элемент БГКН, после которого направляется во внутреннюю трубу теплообменника ТОТТ. Пройдя теплообменник и отдав часть энергии теплоносителю второго контура вода поступает на всас насосов Н2 и Н3. Теплоноситель второго контура с напора насосов Н1, пройдя расходомерное устройство РМ1 и напорный коллектор, направляется в межтрубное пространство теплообменника ТОТТ. Пройдя теплообменник вода направляется в сборный коллектор, после чего поступает последовательно в охладитель ТОВ и на всас насосов Н1. В теплообменнике ТОТТ возможна организация как сонаправленного так и противоположнонаправленного течения теплоносителей 1 и 2 контура.

Порядок проведения работы

Запрещается включать и выключать установку без разрешения лаборанта или преподавателя!

1. Изучить методическое указание по проведению лабораторной работы.

2. Подготовить протокол испытаний.

3. Проведение эксперимента:

3.1 Полностью закрыть краны Kl, К2, К4, К6, К8; полностью открыть краны КЗ и К5, а также задвижки ЗД1 и ЗД2.

3.2 Переключить трехходовые краны КТ1 и КТ2 стенда в положение, обеспечивающее течение в соответствие со схемой, приведенной на риcунке 16а.

3.3 Включить насос H1.

3.4 Включить питание водонагревательного бака при помощи тумблера на панели приборов. При помощи рукоятки регулятора установить максимальную мощность нагрева.

3.5 Включить питание насосов Н2 и Н3 горячего контура.

3.6 Включить питание вентилятора обдува охладителя.

3.7 Дождаться установления стационарного режима по температуре горячего и холодного теплоносителя.

3.8 Выполнить измерения параметров потока: расхода жидкости и температур входа и выхода в теплообменнике. Результаты измерений и расчетов занести в протокол испытаний.

3.9 Вычислить значение тепловой мощности отдаваемой горячим контуром и воспринимаемой холодным и значение коэффициента полезного действия теплообменника. Рассчитать коэффициент теплопередачи от горячего теплоносителя к холодному.

3.10 Изменить направление течения холодного контура. Для этого закрыть краны КЗ и К5, открыть краны К2 и К6; убедиться, что трехходовой кран КТ2 переключен в соответствие со схемой течения, приведенной на рисунке 16б. Провести эксперименты и расчеты в соответствие с п. 3.7 – 3.9

а б

а – прямоточное, б – противоточное течение

Рисунок 16 – Схемы течения теплоносителя в ТОТТ

6.5 Обработка результатов эксперимента:

Отчет должен содержать:

– цель работы;

– схему стенда;

– протокол проведенного эксперимента, подписанный лаборантом или преподавателем;

–диаграмму температурных напоров, логарифмический температурный напор, коэффициент теплопередачи от теплоносителя горячего контура к теплоносителю холодного контура, тепловую мощность и КПД теплообменника;

– заключение о проделанной работе.