Материал: Лабораторный практикум Ч 1

Сосуд снабжён змеевиком З, изготовленным из стеклянной трубки размером 18,2 1,8 мм; диаметр витка змеевика Dвит 172,5 мм. Площадь поверхности погружённой части змеевика, определённая по наружному размеру трубки A 0,405 м2. Боросиликатное стекло, из которого выполнен змеевик, имеет теплопроводность ст 1,14 Вт/(м·К).

В змеевик может быть подана из водопровода холодная вода, протекающая через фильтр Ф. Расход воды регулируется вентилем В1 и измеряется ротáметром (поз. 1), имеющим на поверхности трубки шкалу, отградуированную в «л/мин» («LPM»).

Аппарат снабжён стеклянной лопастной мешалкой М диаметром dм 136 мм, вращаемой электродвигателем ЭД. Частота вращения мешалки n 2 с 1.

Лабораторная установка оборудована электронными термометрами (поз. 4, 5), установленными соответственно на линии подачи холодной воды и на линии выхода воды из змеевика. Температура в объёме сосуда измеряется ртутным термометром (поз. 6).

Методика выполнения работы

Всамом общем случае изначально вода в сосуде, в трубке змеевика и

вкоммуникациях имеет комнатную температуру.

Для проведения эксперимента сосуд должен быть заполнен горячей водой, подаваемой из водонагревателя автономной системы горячего водоснабжения. На линии, соединяющей водонагреватель и сосуд С установлен кран К1 (вблизи водонагревателя).

Предварительную подготовку установки к эксперименту рекомендуется выполнить в следующем порядке:

1.Убедитесь, что кран К1 на линии подачи горячей воды закрыт.

2.Откройте кран К3 и опорожните ёмкость.

3.Закройте кран К3. Откройте кран К1 на линии подачи горячей воды

изаполните сосуд С.

Если вода в сосуде имеет температуру близкую к комнатной (так как сначала сосуд заполняется водой, имеющей в коммуникационных трубопроводах комнатную температуру), то следует дождаться поступления в со-

92

суд нагретой в водоподогревателе воды, прекратить её подачу и опорожнить сосуд. После опорожнения сосуда повторить действия пункта 3 с начала.

4.При достижении уровня воды в сосуде, покрывающим на 1,5–2 см верхний виток спирали змеевика, закройте кран К1 на линии подачи горячей воды.

5.Дождитесь полного стока избытка воды из сосуда в канализацию. После заполнения сосуда горячей водой установка подготовлена к

проведению эксперимента.

Далее рекомендуется выполнение следующих процедур:

6.Включите привод мешалки М.

7.Откройте кран К2; с помощью вентиля В1 организуйте подачу охлаждающей воды (хладагента) в змеевик З с постоянным заданным расходом, определяемым по отметке шкалы ротаметра (поз. 1), обозначенной верхним краем поплавка.

8.В течение всего эксперимента фиксируйте через равные интервалы

времени t 2 мин температуры: воды в сосуде (T1, i), воды на входе в змеевик (T2 in, i) и на выходе её из змеевика (T2 out, i). Фиксация температур в трёх указанных точках должна выполняться одновременно.

Осуществите охлаждение содержимого сосуда до конечной температуры T1, k 20 C. Зафиксируйте экспериментальное время охлаждения tэксп, кратное двум минутам.

9.Завершив охлаждение содержимого сосуда, закройте вентиль В1 подачи холодной воды в змеевик и выключите привод мешалки.

10.Экспериментальные и рассчитанные в последующем величины параметров занесите в табл. 10.1.

Обработка экспериментальных данных

Экспериментальные данные используются для расчёта среднего значения коэффициента теплопередачи за период охлаждения и для расчёта теоретического времени охлаждения жидкости при нестационарном теплообмене.

93

Таблица 10.1

Экспериментальные и рассчитанные величины параметров

k

Средние температуры за период охлаждения

1. Расчёт коэффициента теплопередачи рекомендуется выполнить по уравнению аддитивности термических сопротивлений при переносе теплоты через цилиндрическую незагрязненную стенку, для чего необходимо рассчитать коэффициенты теплоотдачи: от охлаждаемой воды к поверхности теплообменной трубы ( 1 н) и от поверхности теплообменной трубы к охлаждающей воде ( 2 вн).

Расчёт коэффициента теплоотдачи от охлаждаемой воды к поверхности теплообменной трубы рекомендуется выполнять в следующем порядке:

а) определите физические свойства охлаждаемой воды при температуре, средней за период эксперимента, и к тому же средней вдоль поверхности теплообмена.

Принимая идеальное перемешивание охлаждаемой жидкости, то есть, полагая, что её температура не зависит от пространственной координаты, а зависит только от времени T1 f (t), средняя за период эксперимента температура может быть определена по соотношению:

б) определите число Нуссельта (Nu1), используя критериальное уравнение:

94

Dc

вращения мешалки, с-1.

Определяющим линейным размером в критериях подобия уравнения (10.3) является диаметр мешалки dм.

Поскольку температуры теплообменных поверхностей в данном ап-

Расчёт коэффициента теплоотдачи от поверхности теплообменной трубы к охлаждающей воде рекомендуется выполнять в следующем порядке:

а) определите физические свойства охлаждающей воды при температуре, средней за период эксперимента, и к тому же средней вдоль поверхности теплообмена.

Температура охлаждающей воды, подаваемой в змеевик, в общем случае изменяется во времени как в точке входа в змеевик, так и в точке выхода из него.

Средняя за период эксперимента температура воды на входе в змеевик может быть определена по соотношению:

Средняя за период эксперимента температура воды на выходе из змеевика:

95