Лабораторные работы по ТОТ. Лабораторная работа 1 3 Лабораторная работа 2 5 Лабораторная работа 3 10 Лабораторная работа 4 15 Лабораторная работа 5 20
 Скачать 4.79 Mb.
|
|
Табл. 1
Обработка результатов измерения: Вычисленияε1 производятся по усредненным значениям измеренных величин.  Определяется средняя абсолютная температура оболочки:  Определяется средняя температура воздуха в прослойке:  Определяется абсолютная температура нагревателя: Т1 = 273,15 + t3cp По средней температуреtm из табл. 2 определяются значения: υm , λж , Prm Подсчитывается коэффициент объемного расширения воздуха:  По формуле (3) находят λэкв. По формуле (2) находят εпр, а по (1) - величину ε1. Значение коэффициента излучения исследуемого тела необходимо определить из соотношения: Cl=ε1·C0, [Вт/(м2 · К4)] Подсчитывается абсолютная погрешность опытного определения ε1 и С1. Табл.2 Теплофизические свойства сухого воздуха (В=760 мм рт. ст.)
Лабораторная работа №7 Исследование теплообменного аппарата типа «труба в трубе» ММТП 014 Цель работы: Ознакомление с устройством теплообменника типа "труба в трубе" и исследование его работы. Проведение теплового проектного расчета. Изучение по литературным источникам наиболее распространенных конструкций теплообменников. Перенос энергии в виде тепла, происходящий между телами, имеющими различную температуру, называется теплообменом. Движущей силой любого процесса теплообмена является разность температур обменивающихся теплом сред, при наличии которой тепло самопроизвольно, в соответствии со вторым законом термодинамики, переходит от более нагретого к менее нагретому телу. Аппараты, в которых осуществляется непосредственно процесс теплообмена, называются теплообменниками. Множество типов теплообменников применяется в самых различных агрегатах, таких, как паросиловые установки, технологические аппараты химических производств, отопительные системы зданий, системы кондиционирования воздуха, холодильные установки, транспортные силовые установки автомобилей, судов, самолетов. Элементы теплообменных устройств входят практически во все аппараты химических производств, связанных с процессами выпаривания, перегонной жидкости, адсорбцией, растворением, кристаллизацией, сушкой. В зависимости от способа передачи тепла различают три основные группы теплообменных аппаратов:
В теплообменниках с внутренними источниками энергии применяются не две, как обычно, а один теплоноситель, который отводит тепло, выделенное в самом аппарате. Примером таких аппаратов могут служить ядерные реакторы, электронагреватели и другие устройства. Независимо от принципа действия теплообменные аппараты, применяющиеся в разных областях техники, как правило, имеют свои специальные названия. Эти названия определяются технологическим назначением (холодильники, нагреватели, испарители, конденсаторы) и конструктивными особенностями теплообменных устройств (кожухотрубные теплообменники, оросительные, спиральные, блочные и т.д.) Наиболее распространенными являются поверхностные теплообменники. Большинство теплообменников можно классифицировать, объединяя их в группы в соответствии со схемой движения теплоносителей через теплообменник. Наиболее часто реализуются четыре основные схемы. В установках с прямоточной, или параллельным движением теплоносителей два потока теплоносителей входят с одной стороны теплообменника, проходят через теплообменник в одном направлении и выходят вместе с другой стороны; в установках же с противоточным, или встречным движением теплоносителей два потока жидкости движутся в противоположных направлениях. В одноходовых перекрестно-точных теплообменниках один теплоноситель движется через теплообменник перпендикулярно относительно направления движения другого теплоносителя. В многоходовых перекрестно-точных теплообменниках поток единого теплоносителя многократно пересекает то в одном, то в противоположном направлении потока другого теплоносителя. Наиболее существенной относительной характеристикой каждой из четырех основных схем движения является относительная величина поверхности теплообмена, необходимая для обеспечения данного повышения температуры при данной разности температур двух теплоносителей. Наибольшая поверхность требуется в прямоточных теплообменниках, наименьшая - в противоточных. Это связано с величиной движущей силы теплопередачи - средней разностью температур теплоносителей, при противоточном движении она максимальна, при прямоточном - минимальна. Если в процессе теплообмена участвуют не два, а более теплоносителей, то схемы движения усложняются. Однако, направление движения теплоносителя должно совпадать с направлением естественной конвекции, т.е. нагреваемую среду направляют снизу вверх, а отдающую тепло - сверху вниз. Интенсивность теплоотдачи зависит от скорости движения теплоносителя. Для увеличения скорости можно или уменьшить диаметр труб, или увеличить число ходов в кожухотрубчатом теплообменнике, или использовать теплообменник типа "труба в трубе" Две коаксиально расположенные трубы с двумя теплоносителями, один из которых течет по внутренней трубе, а второй по кольцевому каналу между трубами, образуют простую конструкцию теплообменниками. Аппараты такого типа могут быть соединены как последовательно, так и параллельно, обеспечивая любую необходимую тепловую мощность и эффективность нагревания или охлаждения, так что могут быть удовлетворены специальные требования путем соединения пакетов из выпускаемых промышленностью элементов. Конструкция такого типа особенно целесообразна в тех случаях, когда одна или обе жидкости находятся под высоким давлением, при котором необходима большая толщина стенки кожуха, и обычные кожухотрубные теплообменники в этом случае становятся дорогими. Благодаря небольшому поперечному сечению трубного и межтрубного пространства в этих теплообменниках достигаются довольно высокие скорости движения жидкостей, что позволяет получать и высокие коэффициенты теплопередачи. К недостаткам теплообменников этого типа следует отнести громоздкость, металлоемкость, большое гидравлическое сопротивление. Основы расчёта Основной целью технологического расчета теплообменного аппарата является определение поверхности теплообмена, геометрических размеров аппарата. Поверхность теплообмена рассчитывается из основного уравнения теплопередачи: Q=K·F·Δtcp(1) где : Q - тепловая нагрузка (тепло, принятое холодным теплоносителем), рассчитывается из уравнения теплового баланса, Вт, К - коэффициент теплопередачи, F - поверхность теплопередачи, Δtcp- температурный напор (средняя разность температур между холодным и горячим теплоносителем). Средняя разность температурΔtcp является движущей силой процесса теплопередачи. Независимо от взаимного направления движения теплоносителей (рис. 2)Δtcp определяется по уравнению:  (2) Рис. 2 Схема движения теплоносителей При  < 2,Δtcp может быть рассчитана как среднеарифметическая разность температур: (3)Коэффициент теплопередачи К по физическому смыслу является термической проводимостью того пути, по которому тепло передается от горячего теплоносителя к холодному. Вдоль этого пути обычно выделяются следующие термические сопротивления:
Общее сопротивление системы равно сумме отдельных сопротивлений, так как тепловой поток проходит все сопротивления последовательно. Проводимость есть величина, обратная сопротивлению:  (4) где: δi - толщина загрязнений; λi, - коэффициент теплопроводности загрязнений (по обе стороны стенки). Одной из основных задач теории теплообмена является определение коэффициентов теплоотдачи, которые рассчитываются, в основном, из критериальных соотношений. Вид зависимости между критериями находится экспериментально для каждого вида теплообмена и приведен в справочной и специальной литературе. В общем виде коэффициент теплоотдачи α является функцией большого числа переменных, которые могут быть связаны между собой критериями подобия.  где l- определяющий линейный размер. Конкретный вид уравнения зависит от режима движения, физических свойств теплоносителя, условий обтекания теплопередающей поверхности. а) при ламинарном движении теплоносителя в каналах(Re<2300) Nu = 0,15εе · Re0,33·Gr0,1·Pr0,43(Pr/Prст)0,25 (5) б) при турбулентном движении(Re>10000) Nu = 0,021εe·Re0,8 · Pr0,43(Pr/Prст)0,25 (6) в) при переходном движении(2300<Re<10000) может быть использована графическая зависимость (рис.3.)  (7) Рис.3 Зависимость a  " от критерия Рейнольдса в переходном режиме.В формулах (5), (6), (7):  - Критерий Нуссельта (8) - Критерий Рейнольдса (9) - Критерий Прандтля (10) - Критерий Грасгофа (11)εe - коэффициент гидродинамической стабилизации потока  , при λ/dэ ≥ 50, εe=1где: λ - коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К); ρ- плотность теплоносителя, кг/м3; β- коэффициент объемного расширения теплоносителя, 1/град2; μ - коэффициент динамической вязкости, Па·с; ω - скорость движения теплоносителя, м/с2; Δt - разность между температурой стенки и средней температурой жидкости °С; l- длина теплообменника, м; dэ- эквивалентный диаметр сечения потока, м. Значение теплофизических констант теплоносителей λ, ρ, β, μ, входящих в критерии выбираются при средней температуре того теплоносителя, для которого рассчитывается коэффициент теплоотдачи. Средняя температура теплоносителя, абсолютное значение температуры которой является меньшим, принимается за среднюю арифметическую между температурами входа в теплообменник и выхода из него (рис. 2). А средняя температура другого теплоносителя будет отличаться от полученной средней арифметической на среднюю разность температур Δtr=t1r-t2r, Δtx = t2х – t1х ЕслиΔtr< Δtx, то tгcp = (t1г+t2г)/2 иtxcp = trcp- -Δtcp (12) Если же Δtx<Δtr, то txcp=(t1х +t2х)/2 , tcpr=txcp+ Δtcp (13) При вычислении критерия Prcm ("Прандтля" стенки) значение теплофизических констант теплоносителя выбираются по температуре стенки, смываемой данным теплоносителем. Определение температур стенок теплопередающей поверхности осуществляется методом последовательного приближения из основных уравнений теплообмена (уравнений теплоотдачи и теплопередачи). При установившемся процессе теплообмена от нагретой среды к стенке, через стенку и от стенки к менее нагретой среде тепловой поток остается постоянным, т.е.  (14) (15)  (16) (17)где R – термическое сопротивление стенки  (в уравнении 4)В качестве первого приближения принимается, что  (18)Скорость движения теплоносителя определяется из уравнения расхода: V = ω·f(19) Эквивалентный диаметр потока теплоносителя рассчитывается по уравнению:   (20)где : f- площадь поперечного сечения, м2; n - общий смоченный периметр сечения потока, м; ω - скорость движения теплоносителя, м/с. Порядок выполнения работы
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||