Материал: Лабораторный практикум Ч 1

Контрольные вопросы

1.Что такое эквивалентный диаметр канала? Запишите общее уравнение для эквивалентного диаметра. Выразите эквивалентный диаметр для канала круглого сечения и для канала квадратного сечения.

2.Физический смысл числа Рейнольдса. Значения числа Рейнольдса для ламинарного и турбулентного течения потоков в трубах и каналах.

3.Как изменяется численное значение числа Рейнольдса при нагревании жидкостей и газов?

4.Физический смысл числа Нуссельта. Порядок значений числа Нуссельта при теплоотдаче в трубах теплообменников для жидкостей и газов.

5.Физический смысл числа Прандтля. Порядок значений числа Прандтля для жидкостей и газов.

6.Каков порядок значений коэффициента теплоотдачи (в Вт/(м2·К)):

а) при конденсации насыщенных паров; б) при нагревании и охлаждении газов и перегретых паров;

в) при нагревании и охлаждении жидкостей.

7.Почему при нагревании или охлаждении газов (в отличие от жидкостей) поверхности теплообменников часто снабжают рёбрами?

8.С какой целью используются конденсатоотводчики? Каков принцип действия конденсатоотводчиков?

9.В каких случаях температура теплоносителя в процессе теплообмена остаётся неизменной?

10.Можно ли нагреть жидкость от 20 до 70 °С другой жидкостью, охлаждающейся при этом от 90 до 40 °С?

11.Из чего складывается общее термическое сопротивление переносу теплоты от конденсирующегося пара к воде?

12.Какая разность температур (движущая сила) входит в уравнение теплоотдачи и какая – в уравнение теплопередачи?

71

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 8

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В КОЖУХОТРУБЧАТОМ СТЕКЛЯННОМ ТЕПЛООБМЕННИКЕ

В кожухотрубчатом теплообменном аппарате один теплоноситель движется внутри прямых параллельных труб, собранных в пучок и помещённых в кожýх, т.е. движется в так называемом «трубном пространстве»; другой – омывает поверхность труб снаружи, перемещаясь в так называемом «межтрубном пространстве».

Перенос теплоты от более горячей жидкости к менее горячей в таком аппарате осуществляется через стенки теплообменных труб.

Интенсивность теплообмена между жидкостями определяется величиной коэффициента теплопередачи (KТ), который, согласно основному уравнению теплопередачи, равен:

где Q – количество теплоты, передаваемой в единицу времени от одного теплоносителя к другому, или тепловой поток; Tср – средняя вдоль по-

верхности теплообмена разность температур теплоносителей; А – площадь поверхности теплообмена, вычисляемая обычно по наружному диаметру теплообменных труб.

При заданных расходах теплоносителей и известных физических свойствах потоков величина коэффициента теплопередачи может быть предсказана расчётом по уравнению аддитивности термических сопротивлений (без учёта термических сопротивлений загрязнений теплообменной поверхности):

где н и вн – коэффициенты теплоотдачи с наружной и внутренней стороны теплообменных труб, соответственно; dн и dвн – диаметры наружный и

72

внутренний теплообменной трубы, соответственно; ст – теплопроводность материала теплообменной трубы (стенки).

Цель работы: экспериментальное определение коэффициента теплопередачи в кожухотрубчатом стеклянном теплообменнике; сравнение полученного значения со значением, рассчитанным по уравнению аддитивности термических сопротивлений.

Описание установки

Схема лабораторной установки изображена на рис. 8.1.

Основным элементом установки является вертикальный стеклянный кожухотрубчатый теплообменник ТО, состоящий из 19 труб размером13 1,5 мм, заключённых в кожух внутренним диаметром Dвн 106 мм. Трубы размещены в шахматном порядке по вершинам равностороннего треугольника с шагом 22 мм. Длина теплообменного участка труб L 990 мм. Боросиликатное стекло, из которого выполнены трубы аппарата, имеет теплопроводность ст 1,14 Вт/(м К).

В межтрубном пространстве аппарата расположено 5 сегментных перегородок на расстоянии 160 мм друг от друга.

Теплообмен в аппарате осуществляется между горячей водой и холодной водой.

Горячая вода поступает в трубное пространство теплообменника из автономной системы горячего водоснабжения. Её расход регулируется вентилем В1 и измеряется ротáметром (поз. 1).

Холодная вода поступает в межтрубное пространство теплообменника из водопровода. Её расход регулируется вентилем В2 и измеряется ротаметром (поз. 2).

Расходы воды через указанные ротаметры определяются по шкалам, нанесённым на стеклянные трубки приборов и имеющих градуировку в

«л/мин» («LPM»).

Система кранов К3–К6 позволяет организовывать либо прямоточное, либо противоточное движение теплоносителей в аппарате.

73

теплопередачи в кожухотрубчатом стеклянном теплообменнике [7, 9]

Температуры теплоносителей на входе в теплообменник и на выходе из него измеряются электронными термометрами (поз. 3–6).

Методика выполнения работы

Перед подачей теплоносителей в аппарат необходимо открыть/закрыть каждый из кранов К3–К6 в зависимости от заданного взаимного направления движения теплоносителей.

74

При прямотоке жидкостей холодная вода должна поступить в аппарат через нижний штуцер и выйти из аппарата через верхний. Следовательно, необходимо открыть краны К3 и К6 и закрыть краны К4 и К5.

При противотоке жидкостей холодная вода должна поступить в аппарат через верхний штуцер и выйти из аппарата через нижний. Следовательно, необходимо открыть краны К4 и К5 и закрыть краны К3 и К6.

Также необходимо убедиться, что кран К1 на линии подачи горячей воды закрыт.

Далее рекомендуется выполнить следующее действия:

1.Включите электронные термометры (поз. 3–6).

2.Включите насос подачи горячей воды из автономной системы горячего водоснабжения на установку.

3.Откройте кран К1. С помощью вентиля В1 установите по ротаметру заданный расход горячей воды. Расход жидкости определяют по отметке шкалы, соответствующей ребру на поплавке ротаметра.

4.Отслеживайте показания термометров (поз. 3) и (поз. 6). На стадии пуска установки значения температуры воды, измеряемые этими приборами, будут увеличиваться от комнатной температуры до температуры в системе горячего водоснабжения. Следует дождаться момента стабилизации обеих температур во времени.

5.Откройте кран К2. С помощью вентиля В2 установите по ротаметру (поз. 2) заданный расход холодной воды.

6.Отслеживайте показания электронных термометров для каждой соответствующей точки контроля на установке.

Дождитесь стационарного режима теплообмена, характеризуемого постоянством во времени каждой фиксируемой температуры.

Отметьте расходы и температуры теплоносителей при стационарном теплообмене.

7.Закончив опыт, выключите насос, закройте вентиль В1 и кран К1, а спустя 1–2 мин закройте вентиль В2 и кран К2.

Обработка экспериментальных данных

1. Рассчитайте экспериментальное значение коэффициента теплопе-

75