Материал: Лабораторный практикум Ч 1

Обработка экспериментальных данных

Считайте температуру парового конденсата равной температуре па-

ра.

1. Рассчитайте экспериментальное значение коэффициента теплопередачи от конденсирующегося пара к воде КT, эксп , Вт/(м2·К).

Для этого по экспериментальным данным определите тепловую нагрузку теплообменного аппарата по холодному теплоносителю:

где m2 – массовый расход воды в трубах, кг/с; cp – удельная теплоемкость

воды при ее средней температуре T2ср, Дж/(кг·К); T2н, T2к – начальная и конечная температура воды, соответственно, °С.

Исходя из конструкционных характеристик теплообменника, рассчитайте площадь поверхности теплопередачи:

где d – средний диаметр трубы, м; h – высота трубы, м; n = 20 – число труб. По экспериментально установленным температурам теплоносителей

определите среднюю движущую силу теплопередачи:

быточное давление пара по манометру, кгс/см2 (ати).

Определите экспериментальный коэффициент теплопередачи, выразив его из основного уравнения теплопередачи:

2. Рассчитайте значение коэффициента теплопередачи от конденсирующегося пара к воде КT, расч , Вт/(м2·К). Для этого предварительно рассчитайте коэффициенты теплоотдачи: от пара к стенкам труб α1 и от стенок труб к воде α2.

Коэффициент теплоотдачи от пара к стенкам труб рассчитайте по формуле для конденсации пара на вертикальных поверхностях [3]:

где εT = 1 (для водяного пара); λ1, ρ1, μ1 – соответственно теплопроводность (Вт/(м∙К)), плотность (кг/м3) и вязкость (Па∙с) парового конденсата (воды) при T1; d – наружный диаметр труб (0,022 м); n = 20 – общее число труб; m1 – массовый расход конденсирующегося пара, кг/с.

Коэффициент теплоотдачи от стенок труб к воде найдите через число Нуссельта Nu:

где λ2 – теплопроводность воды (Вт/(м∙К)) при её средней температуре T2 ср T1 Tср ; dэ – эквивалентный диаметр пучка труб, равный их внут-

реннему диаметру (0,016 м).

Расчёт числа Нуссельта зависит от режима движения теплоносителя. Для развитого турбулентного режима (Re > 10000) число Нуссельта определите по формуле (4.17) [3]:

Pr2 – число Прандтля для воды при T2ср; Pr2ст – число Прандтля для воды при температуре стенки.

Для неустойчивого турбулентного режима (2300 < Re < 10000) число Нуссельта для нагревающейся воды рассчитайте по формуле (4.28) [3]:

68

Рекомендуется произвести расчёт по формулам (7.8) и (7.9) и сравнить полученные результаты.

Число Рейнольдса для воды рассчитайте по уравнению:

где v2 – скорость воды в трубах теплообменника, м/с; dэ – эквивалентный диаметр труб, равный их внутреннему диаметру (0,016 м); ρ2, μ2 – плотность (кг/м3) и вязкость (Па∙с) воды при её средней температуре

T2 ср T1 Tср .

Скорость воды в трубах определите по уравнению:

где cp2, μ2, λ2 – теплоёмкость (Дж/(кг∙К)), вязкость (Па∙с) и теплопроводность (Вт/(м∙К)) воды при её средней температуре T2 ср T1 Tср .

69

и (7.8), учитывающие отличие температуры пограничного слоя от температуры ядра потока теплоносителя, могут быть приняты равными 1, что приводит к небольшой погрешности в сторону уменьшения коэффициента теплоотдачи, т.е. в сторону увеличения запаса по поверхности теплопередачи.

Расчётный коэффициент теплоотдачи определите по уравнению аддитивности термических сопротивлений:

где δст – толщина стальной стенки труб, м; λст = 17,5 Вт/(м·К) – теплопроводность нержавеющей стали; тепловое сопротивление загрязнений стенок

3. Определите расхождение между опытным и расчётным значениями коэффициента теплопередачи по формуле:

Проанализируйте причины расхождения.

4. Рассчитайте относительные потери теплоты в теплообменнике:

где Q1 m1 r1 – тепловая нагрузка теплообменника по пару, Вт; Q2 – теп-

ловая нагрузка теплообменника по воде, Вт; m1 – массовый расход горяче-

го теплоносителя (греющего пара), кг/с; r1 – удельная теплота конденсации (при температуре пара T1), Дж/кг.

70