ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ (ТЕПЛООТДАЧИ) МЕЖДУ СИСТЕМАМИ ЖИДКОСТЬ-ГАЗ ОТ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ

3.1 Цель работы

Целью данной работы является экспериментальное исследование явления теплоотдачи от теплообменной поверхности к газовой среде, выявление ее особенностей и зависимости коэффициента теплоотдачи от скорости движения газовой среды, представление полученных данных по теплоотдаче в критериальной форме и сравнение их с использующимися в расчетной практике.

3.2 Порядок проведения работы

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

2) Ключ «воздух» переводится в положение «противоток» или «прямоток» по заданию преподавателя.

3) Установить начальный расход воздуха в теплообменнике А2.

4) Через 10-15 мин., после выхода процесса на стационарный режим снимают показания прибора, замеряющего входные и выходные параметры теплообменников А1, А2 (в данной работе снимаются параметры, относящиеся только к А2) и записывают их в таблицу 3.1. (для t₅ и t₆ определить вход/выход в зависимости от заданной схемы движения теплоносителей в А2).

5) Далее аналогично, увеличивая расход воздуха (при неизменном расходе воды по выходу процесса на стационарный режим фиксируют параметры теплообменника А2 и записывают в таблицы 3.1-3.2.

6) Для завершения работы достаточным является 5-6 режимов.

 

 

Таблица 3.1 – Результаты измерений

№ п/п	Объемный расход воды, л/час	Массовый расход воды Gв, кг/сек	Расход воздуха, Па	Массовый расход воздуха Gвозд, кг/сек

 

Таблица 3.2 – Результаты измерений

№ п/п	Температура, 0С
воды	воздуха
вход t3	выход t4	t5	t6

 

3.3 Обработка результатов измерений

1) Для каждого из режимов:

а) определить тепловую нагрузку теплообменника А2 (без учета тепловых потерь):

, Дж/с (1)

где с_в = 1005 Дж/(м× К) – теплоемкость воздуха;

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

, Дж/(c× м²) (2)

где F₂=2.5 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:

, ^oC (3)

г) используя основное уравнение теплопередачи рассчитать коэффициент теплопередачи К₂:

, Вт/(м²× К ) (4)

2) Результаты расчетов занести в таблицу 3.3-3.4.

3) По величине расхода воды для всех режимов вычислить среднюю скорость воды в трубе теплообменника А2 ω:

, м/с (5)

где d_вн= 0, 014 м – внутренний диаметр трубки

n = 37 – число труб в трубном пучке теплообменника А2

4)Вычислить критерий Re и установить режим течения воды в трубе:

(6)

5) Пользуясь соответствующим режиму течения критериальным уравнением вычислить коэффициент теплоотдачи от воды к стенкеα _в[Вт/(м²× К)], считая его неизменным для всех режимов данного исследования, причем физические параметры в критериях Nu_ж, Pe_ж, Re_ж, Pr_ж определить при средней температуре горячей воды.

6) Из выражения коэффициента теплопередачи К определяются для всех режимов коэффициенты теплоотдачи от стенки к воздухуα _возд:

, Вт/(м²× К) (7)

где d_ст = 0.005 м – толщина стенки трубки;

l_ст=20 Вт/(м× K) – коэффициент теплопроводности материала стенки.

 

Таблица 3.3 – Результаты расчетов

№ п/п	Тепловая нагрузка теплообменника А2QА2, Дж/с	Удельная тепловая нагрузка q, Дж/(c× м2)	Средняя разность температур Dtср, oС

 

Таблица 3.4 – Результаты расчетов

№ п/п	Коэффициент теплопередачи К2, Вт/(м2× К)	Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара α в, Вт/(м2× К)	Коэффициент теплоотдачи α возд, Вт/(м2× К)

 

 

 

Таблица 3.5 – Результаты расчетов

№ п/п	Средняя скорость воздуха ω возд, м/с	Физические параметры воздуха
Средняя температура tвозд, оС	Плотность ρ возд, кг/м3	Коэффициент теплопроводности lвозд, Вт/(м× К)	Теплоемкость воздуха свозд, Дж/(кг× К)

 

Таблица 3.6 – Критерии подобия

№ п/п	Nuг	Reг	Prг			lgReг

 

7) При средней температуре воздуха по справочным данным определить теплофизические свойства воздуха: ρ _возд, μ _возд, l_возд, с_возд, Pr_г и занести их в таблицу 3.5.

8) Вычислить площадь сечения межтрубного пространства теплообменника А2

, м² (8)

где D_в = 0, 15м; d_n = 0, 015м,

n=37 - число труб в трубном пучке теплообменника А2.

9) По величине расхода воздуха для всех режимов вычислить среднюю скорость его в межтрубном пространстве теплообменника А2 ω _возд, м/с:

, м/с (9)

10) Вычислить эквивалентный диаметр межтрубного пространства теплообменника А2 d_экв, м:

, м (10)

где n=37 - число труб в трубном пучке теплообменника А2.

11) Для каждого из режимов вычислить величины критериев подобия:

, ,

и занести их в таблицу 3.6.

12) Построить график зависимости в логарифмических координатах , на который нанести полученные экспериментальные значения для исследованных режимов.

3.4 Содержание отчета

В содержании отчета следует отразить:

– цель и содержание работы;

– краткое описание эксперимента;

– результаты измерений в виде таблицы 3.1;

– результаты по рассчитанным и определенным по справочным данным величинам в виде таблиц 3.2, 3.3;

– график зависимости с нанесенными на него для сравнения полученными при выполнении данной работы экспериментальными значениями величин.

 

3.5 Контрольные вопросы

1. В чем состоят особенности при теплоотдаче газов с теплопередающими поверхностями?

2. Как эти особенности сказываются на конструкциях теплообменных аппаратов?

3. Какая характеристика каналов при движении сред принимается за характерный линейный размер, если их форма отлична от круглой, и как она определяется?

4. Величина какого критерия подобия, определяет в большей степени интенсивность теплоотдачи при вынужденном движении сред (газов или жидкостей) у теплообменной поверхности?

5. Каким критерием входящим в критериальное уравнение в случае теплоотдачи к газу (или от газа) можно пренебречь в инженерных расчетах и почему?

 

Библиографический список

1. Исаченко, В. П. Теплопередача [Текст]: учеб.для вузов / В. П. Исаченко, В. А. Лсипова, А. С. Сукомел. – Москва: Арис, 2014. – 416 с.: ил.

2. Теплотехника [Текст]: учебник для студ. высш. учеб.заведений / М.Г. Шатров [и др.].; под ред. М.Г. Шатрова. - М.: Издательский центр «Академия», 2012. - 288 с.

3. Александров, А.А. Термодинамические основы циклов теплоэнергетических установок [Текст]: учеб.пособие для вузов / А. А. Александров. - 2-е изд., стер. - М.: Издат. дом МЭИ, 2006. - 158 с.

4. Цветков Ф.Ф. Тепломассообмен [Текст]: учебное пособие для вузов / Ф.Ф. Цветков, Б.А. Григорьев. – М.: Издательский до МЭИ, 2006. – 550 с.

5. Техническая термодинамика [Текст]: учебник для машиностроительных спец. вузов /В.И. Крутов [и др.]. – М.: Высшшк., 1991. – 384 с.

6.Теплотехника [Текст]: учеб.для вузов / [Баскаков, А.П. и др.]; под ред. А.П. Баскакова. - 2-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 224 с.

 

Приложение А

Таблица А.1 – Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от температуры.

Температура, oC	Давление (абсолютное), а.т.м.	Удельный объем, м3/кг	Плотность, кг/м3	Удельная энтальпия жидкостиi’, кДж/кг	Удельная энтальпия параi’’, кДж/кг	удельная теплота парообразования, r, кДж/кг
	0, 483	3, 414	0, 2929	335, 2
	0, 590	2, 832	0, 3531	356, 2
	0, 715	2, 365	0, 4229	377, 1
	0, 862	1, 985	0, 5039	398, 1
	1, 033	1, 675	0, 5970	419, 0
	1, 232	1, 421	0, 7036	440, 4
	1, 461	1, 212	0, 8254	461, 3
	1, 724	1, 038	0, 9635	482, 7
	2, 025	0, 893	1, 1199	504, 1

 

Таблица А.2 – Физические свойства воды (на линии насыщения)

p, атм	t, oC
				4, 23	55, 1
			41, 9	4, 19	57, 5
			83, 8	4, 19	59, 9
				4, 18	61, 8
				4, 18	63, 4
				4, 18	64, 8
				4, 18	65, 9
				4, 19	66, 8
				4, 19	67, 5
				4, 19	68, 0
1, 03				4, 23	68, 3
1, 46				4, 23	68, 5
2, 02				4, 23	68, 6

Таблица А.3 – Физические свойства воды (на линии насыщения)

					Pr
1, 31		1, 79	-0, 63		13, 7
1, 37		1, 31	0, 70		9, 52
1, 43		1, 01	1, 82		7, 02
1, 49		0, 81	3, 21		5, 42
1, 53		0, 66	3, 87		4, 31
1, 57		0, 556	4, 49		3, 54
1, 61		0, 478	5, 11		2, 98
1, 63		0, 415	5, 70		2, 55
1, 66		0, 365	6, 32		2, 21
1, 68		0, 326	6, 95		1, 95
1, 69		0, 295	7, 5		1, 75
1, 69		0, 268	8, 0		1, 58
1, 72		0, 244	8, 6		1, 43

 

Таблица А.4 – Физические параметры сухого воздуха при нормальном давлении.

t, oC						Pr
	1, 005	1, 247	2, 51	20, 06	14, 16	0, 705
	1, 005	1, 205	2, 59	21, 42	15, 06	0, 703
	1, 005	1, 165	2, 67	22, 54	16, 00	0, 701
	1, 005	1, 128	2, 75	24, 26	16, 96	0, 699
	1, 005	1, 093	2, 82	25, 72	17, 95	0, 698
	1, 005	1, 060	2, 89	27, 26	18, 97	0, 696
	1, 009	1, 029	2, 96	28, 85	20, 02	0, 694
	1, 009	1, 000	3, 04	30, 48	21, 09	0, 692
	1, 009	0, 972	3, 12	32, 03	22, 10	0, 690
	1, 009	0, 946	3, 20	33, 62	23, 13	0, 688

 

 

Приложение Б

⇐ Предыдущая123

Поделиться: