Материал: Лабораторная работа 6 Исследование работы теплообменного аппарата

Отделение Ядерной физики и технологий Лабораторная работа №6

Исследование работы теплообменного аппарата

Обнинск, 20XX г

Теория:

Расчетные уравнения:

Уравнения теплопередачи:

Q=k⸱F⸱ (t₁-t₂) (1)

Уравнение теплового баланса:

Q₁=Q₂+∆Q (2)

где:

Q₁=G₁δi₁=G₁C_p1δt₁= G₁C_p1 (t₁^/-t₁^//) – количество тепла, отданное горячим теплоносителем, [Вт];

Q₂=G₂δi₂=G₂C_p2δt₂= G₂C_p2 (t₂^//-t₂^/) – количество тепла, воспринятое холодным теплоносителем, [Вт];

∆Q – потеря тепла в окружающую среду [Вт];

k - коэффициент теплопередачи [ ];

G₁, G₂- массовые расходы горячего и холодного теплоносителей [ ];

δt_1, δt₂ - изменение энтальпии теплоносителей [ ];

C_p1, C_p2 – удельные теплоемкости теплоносителей при p=const [ ];

t₁^/, t₁^//-температуры горячего теплоносителя на входе и выходе из аппарата

t₂^//, t₂^/-температуры холодного теплоносителя на входе и выходе из аппарата

В общем случае температура рабочих жидкостей в теплообменниках изменяется: горячая охлаждается, а холодная нагревается. Изменяется температурный напор между ними ∆t_i=(t₁-t₂)

Уравнение теплопередачи в дифференциальной форме к элементу поверхности dF:

dQ=k_idF_i∆t_i

Общее количество теплоты, переданное через всю поверхность, определяется интегралом:

Q= = kF∆t (3)

В тепловых расчетах важное значение имеет водяной эквивалент W

W=GC_p (4)

где G=ρwf – массовый расход теплоносителя [ ];

Вводим W в уравнение теплового баланса (2), то оно принимает вид:

W₁ (t₁^/-t₁^//) = W₂ (t₂^//-t₂^/)

откуда

= (5)

Это означает, что отношение изменения температур рабочих жидкостей обратно пропорционально отношению их водяных эквивалентов.

Характер изменения температуры рабочих жидкостей вдоль поверхности нагрева зависит от схемы их движения и соотношения величин W₁ и W_2. Если в теплообменном аппарате горячая и холодная жидкости протекают параллельно в одном направлении, то такая схема движения называется прямотоком. (рис а, б) Если жидкости протекают параллельно, но в противоположном направлении-противотоком (рис в, г)

Цель работы: испытание теплообменного аппарата на различных режимах его работы и при разных схемах включения с целью определения тепловой мощности, коэффициентов теплопередачи, тепловой эффективности и количества переносимого тепла.

Установка:

Рабочий элемент установки – теплообменный аппарат (ТА) – состоит из внутренней трубы (5), по которой движется греющий теплоноситель (вода) и концентрично расположенной с ней наружной трубы (10), по которой движется обогреваемый теплоноситель (воздух). Внутренняя труба имеет внутренний диаметр – 16мм и толщину стенки 1мм, внутренний диаметр наружной трубы – 30мм. Длинна внутренней трубы- 990мм.

Горячая вода, подаваемая насосом термостата (1), пройдя вентиль (2) служащий для регулирования расхода и диафрагму (3). Предназначенную для измерения расхода воды, поступает к четырехходовому крану – распределителю (4). Отсюда поток воды может быть направлен по внутренней трубе (5) по схеме прямотока или противотока

Пройдя ТА, охладившаяся вода направляется в термостат, где вновь подогревается до установленной температуры, чем обеспечивается неизменность теплового режима ТА.

Воздух поступает в пространство между внутренней и наружной трубами ТА где воспринимает от воды тепло передаваемое через стенку внутренней трубы. Расход воздуха регулируют ЛАТРом, изменяя частоту вращения вентилятора.

Для изменения расходов воды и воздуха установлены диафрагмы (3) и (9), перепад давления в которых, регистрируется для воды пьезометрическими трубками (6), а для воздуха – микроманометром (13)

Температура воды и воздуха на входе и выходе ТА измеряется хромель-копелевыми термопарами (T₁) (T₂) (T₃) (T₄). Термопары поочередно подключаются переключателем (12) к вольтметру В7-21 (11).

Таблица результатов

Погрешности измерений

Найдем среднюю ЭДС прямотока при ∆Р_вод=30мм.вод. стл ∆Р_возд=50 мм.вод.стл

< E > =

< Е₁ > = = 0.595 (В)

Рассчитаем погрешность непосредственного измерения ЭДС. Определим среднеквадратичную погрешность среднего арифметического:

S= = = 0.022

Зададим доверительную вероятность α=0.80 и определим коэффициент Стьюдента для заданного числа α и числа произведенных измерений n: t_α,n=3.1

Найдем полуширину доверительного интервала:

∆Е=

где ∆Е_сл= t_α,n ⸱S = 3.1⸱0.022=0.00682

Систематическую погрешность установим по паспорту мультиметра В7-80 : 0.05% от измерительного напряжения

∆Е_сист=0.05⸱0.595=0.02975

тогда: ∆Е= = = 0.03

среднюю ЭДС прямотока при ∆Р_вод = 30 мм.вод.ст ∆Р_возд= 50 мм.вод.ст Е₁=0,595±0.03

Таким образом найдем средние ЭДС оставшихся термопар. Полученные результаты занесем в таблицу:

Температуру каждой термопары рассчитаем по формуле T_i=14,5E_i+1,071+T_вз

Найдем температуру первой термопары: T₁=14,5*0.595+1,071+19=28.69 ℃

Найдем погрешность косвенного измерения температуры первой термопары:

∆Т₁ = = = 0.41 ℃

Температура первой термопары: T₁=28.69±0.41 ℃