ИССЛЕДОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ (ТЕПЛООТДАЧИ) МЕЖДУ СИСТЕМАМИ ПАР-ЖИДКОСТЬ ОТ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОЙ СРЕДЫ

2.1 Цель работы

Целью данной работы является экспериментальное исследование зависимости интенсивности теплоотдачи от скорости движения жидкости у теплообменной поверхности, представление полученных данных по теплоотдаче в критериальной форме и сравнение их с общепринятыми литературными.

2.2 Порядок проведения работы

1) Перед проведением работы учебно-вспомогательныйперсонал осуществляет пуск установки и вывод ее на стационарный режим при расходе воды 30 л/час.

2)Вначале работы снять показания прибора, замеряющего входные и выходные параметры теплообменников А1 и А2 (в данной работе записываются только параметры, относящиеся к А1) и записать их в таблицу 2.1.

3) Установить расход воды (рекомендуется 40 л/час).

4) Через 10-15 мин., после выхода установки на стационарный режим снимают показания прибора, относящиеся к теплообменнику А1 и записывают их в таблицу 2.1.

5) Далее аналогично, увеличивая расход воды на 10 л/час по выходу процесса на стационарный режим фиксируют параметры теплообменника А1 и заполняют таблицу 2.1.

Для завершения работы достаточным является 5-6 режимов.

 

Таблица 2.1 – Результаты измерений

№ п/п	Объемный расход воды, л/час	Массовый расход воды Gв, кг/сек	Температура, 0С
конденсации пара	воды
t1	вход t2	выход t3

 

2.3 Обработка результатов измерений

1) Для каждого из режимов:

а) определить тепловую нагрузку теплообменника А2 :

, Дж/с (1)

где с_в = 4186 Дж/(м× К) – теплоемкость воды;

б) рассчитать удельную тепловую нагрузку (удельный тепловой поток) q:

, Дж/(c× м²) (2)

где F₁=0.025 м² – площадь теплообмена

в) используя схему измерения температур вдоль поверхности теплообмена определить большую Dt_б, меньшую Dt_м и среднюю разность температур теплоносителей Dt_cр:

Dt_б = t₁ – t₂ Dt_м = t₁ – t₃

, ^oC (3)

г) используя основное уравнение теплопередачи рассчитать коэффициент теплопередачи К₁:

, Вт/(м²× К ) (4)

2) Результаты вычислений занести в таблицы2.2-2.3.

3)Вычислить коэффициент теплоотдачи при конденсации параα _конд для всех режимов:

, Вт/(м²× К) (5)

причем физические константы - коэффициент теплопроводности конденсата l, Вт/(м× К); плотность конденсата ρ, кг/м³; вязкость конденсата μ, (Н× с)/м², удельную теплоту парообразования r, Дж/кг с достаточной для инженерной практики точностью, можно взять при температуре конденсации пара t₁ по справочным данным.

4) Из выражения коэффициента теплопередачи К через коэффициенты теплоотдачи определяются для всех режимов коэффициенты теплоотдачи от стенки к жидкостиα _ж, (загрязнения стенки отсутствуют):

, Вт/(м²× К) (6)

где l_ст = 384 Вт/(м× К) – коэффициент теплопроводности материала стенки (медь);

d= 0, 0006 м – толщина стенки трубы.

 

5)При средней температуре воды t_ж по справочным данным определить теплофизические величины воды и занести их в таблицу 2.4.

, ^oC (7)

 

Таблица 2.2 – Результаты расчетов

№ п/п	Тепловая нагрузка теплообменника А1 Qв, Дж/с	Удельная тепловая нагрузка q, Дж/(c× м2)	Средняя разность температур Dtср, oС

 

Таблица 2.3 – Результаты расчетов

№ п/п	Коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2× К)	Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара α конд, Вт/(м2× К)	Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде α ж, Вт/(м2× К)

 

Таблица 2.4 – Результаты расчетов

№ п/п	Средняя температура жидкости tж, оС	Плотность воды ρ ж, кг/м3	Средняя скорость воды ω ср. ж., м/с

 

 

Таблица 2.5 – Результаты расчетов

№ п/п	Вязкость воды μ ж, Па× с	Коэффициент теплопроводностиlж, Вт/(м× К)	Теплоемкость воды сж, Дж/(кг× К)

 

Таблица 2.6 – Критерии подобия

№ п/п	Nuж	Reж	Prж			lgReж

 

6) По величине расхода воды для всех режимов вычислить среднюю скорость воды в трубе теплообменника ω, м/с:

(8)

где d_вн= 0, 0068м – внутренний диаметр трубы

7) Для каждого из режимов вычислить величины критериев:

, ,

занести их в таблицу 2.6 и по величине Re_Жопределить режим течения среды.

8) По режиму течения выбрать соответствующую ему критериальную зависимость:

для Re≥ 10⁴, Pr> 0, 5,

для 2300< Re < 10⁴

Nu = f (Re)Pr^{0, 43}

где f (Re) – функция, зависящая от Re:

 

Ref × 102											100
f(Ref)	3.6	4.9	7.5		12.2	16.5					0.021Ref0.8

 

для Re< 2300

9) Построить график этой зависимости в координатах –Re_ж, на который нанести полученные экспериментальные значения для исследованных режимов.

 

2.4 Содержание отчета

Отчет о работе должен содержать:

– цель и содержание работы;

– краткое описание эксперимента;

– результаты измерений в виде таблицы 2.1;

– результаты по рассчитанным и определенным по справочным данным величинам в виде таблиц 2.2-2.6;

- график зависимости = f (Re_ж) с нанесенными на него для сравнения экспериментальными значениями величин, полученными при выполнении данной работы.

 

2.5 Контрольные вопросы

1. От каких факторов зависит интенсивность переноса тепла от теплообменной поверхности к потоку жидкости (газа) и наоборот?

2. В чем состоит закон теплоотдачи Ньютона?

3. Каков физический смысл коэффициента теплоотдачи?

4. Как определяется средняя движущая сила процесса теплообмена для исследованного случая изменения агрегатного состояния горячего теплоносителя.

5. При каких значениях критерия Рейнольдса режимы течения среды в трубе являются ламинарным, переходным, турбулентным?

6. Как определяется скорость течения жидкости в трубе?

7. Каков вид критериальной зависимости для расчета процессов теплоотдачи? Какие безразмерные комплексы называются определяющими критериями подобия?

8. За счет чего реально на практике разработчик может обеспечить высокий коэффициент теплоотдачи и, как следствие, уменьшения габаритных размеров теплообменного аппарата, и какие обстоятельства при этом следует учитывать?

 

Лабораторная работа № 3

⇐ Предыдущая123Следующая ⇒

Поделиться: