Методика проведения работы
Воздух из компрессора 5 подается в нагреватель 4, затем он поступает в межтрубное кольцевое пространство теплообменника. Вода подается во внутреннюю трубу. Температура в точках 1 и 2 измеряют термопарами. Наружная поверхность теплообменника и нагревателя воздуха теплоизолированы.
Вентилем 6 устанавливается постоянный расход воды, определяемый ротаметром. Затем включается компрессор 5 и вентилем 2 устанавливается постоянный расход воздуха. Затем включается подогреватель воздуха 4.
По истечении 30 - 35 минут устанавливается стационарный режим, т.е. температура воздуха и воды на входе и выходе из теплообменника становятся постоянным. Эти температуры записать в протоколы испытаний.
Обработка опытных данных
1. По показанию поплавка ротаметра определить объемный расход воды – Vc.
2. Рассчитать секундный массовый расход воды:
где: ρ - плотность воды при средней температуре, кг/м3;
3. Определить расход тепла на нагревание воды от температуры Т1 до Т2 по формуле:
где: m - массовый расход воды, кг/сек.;
с - теплоемкость воды, Дж/кг.град;
4. Рассчитать среднюю движущую силу процесса по уравнениям (8.2 или 8.3);
5. Вычислить поверхность теплообмена F, м.
6. Из уравнения (8.1) определить экспериментальное значение коэффициента теплопередачи К.
7. Определить скорость воды:
где: f – площадь сечения потока, м;
8. Рассчитать число Re и установить режим движения труба в трубе.
9. В соответствии с найденным режимом выбрать критериальное уравнение и определить коэффициент теплоотдачи для воды
10. По расходу тепла на нагревание воды определяется массовый расход воздуха с учетом 2 % потерь тепла в окружающую среду:
где: свозд - теплоемкость воздуха, Дж/кг.град;
11. Определить площадь сечения межтрубного пространства и затем среднюю скорость воздуха в нем.
12. Вычислить число Рейнольдса для воздуха.
13. В зависимости от режима движения воздуха выбрать критериальное уравнение для определения числа Нуссельта.
14. По найденной величине числа Нуссельта определить коэффициент теплоотдачи для воздуха.
15. По уравнению (8.6) найти теоретическое значение коэффициента теплопередачи К и сравнить его с экспериментальным.
16. Составляется отчетная таблица.
17. К отчету прилагается схема установки.
Таблица 8.2. Отчетная таблица.
| № | Наименование параметров | Обозначение | Значение |
| Массовый расход воды | mвод., кг/сек | ||
| Объемный расход воды | Vc, м3/сек | ||
| Температура воды на входе | T1, К | ||
| Плотность воды | ρвод., кг/м3 | ||
| Температура воды на выходе | Т2, К | ||
| Показания ротаметра | h, мм водн.ст. | ||
| Теплоемкость воды | свод., Дж/кг.град | ||
| Температура воздуха на входе | t1, К | ||
| Температура воздуха на выходе | t2, K | ||
| Отношение разности температур на концах теплообменника | Δtб/Δtм | ||
| Средняя движущая сила процесса теплообмена | Δtср, К | ||
| Площадь сечения потока воды | fвод., м2 | ||
| Площадь сечения потока воздуха | fвозд, м2 | ||
| Скорость воды | wвод., м/сек | ||
| Расход тепла на нагревание воды | Q, Дж | ||
| Поверхность теплообмена | F, м2 | ||
| Экспериментальное значение коэффициента теплопередачи | Кэ, Вт/м2.К | ||
| Значение числа Рейнольдса для воды | Reвод. | ||
| Значение числа Нуссельта для воды | Nuвод. | ||
| Коэффициент теплоотдачи от стенки к ядру потока воды | αвод., Вт/м2.град | ||
| Эквивалентный диаметр сечения для потока воздуха | dэ | ||
| Средняя скорость воздуха | wвозд.., м/сек | ||
| Вязкость воздуха | μвозд., Па.с | ||
| Плотность воздуха | ρвозд., кг/м3 | ||
| Коэффициент теплоотдачи для воздуха | αвозд., Вт/м2.град | ||
| Число Рейнольдса для воздуха | Reвозд. | ||
| Число Нуссельта для воздуха | Nuвозд. | ||
| Массовый расход воздуха | mвозд, кг/сек | ||
| Теоретическое значение коэффициента теплопередачи | Кт, Вт/м2.К |
Контрольные вопросы
1. Какие процессы называются тепловыми?
2. Что является движущей силой процесса теплопередачи?
3. Достоинства и недостатки у теплообменника типа «труба в трубе».
4. Напишите основное уравнение теплопередачи.
5. Чему равна движущая сила процесса, когда отношение большей разности температур к меньшей разности меньше 2?
6. Чему равна движущая сила процесса, когда отношение большей разности температур к меньшей разности больше 2?
7. Каков физический смысл и определение коэффициента теплопередачи?
8. Как определить значение числа Рейнольдса?
9. Как определить значение числа Нуссельта?
10. Как определить значение числа Прандтля?
11. Чему равен эквивалентный диаметр?
12. Чему равен эквивалентный диаметр, имеющий сечения кольца?
13. Чему равен эквивалентный диаметр потока?
14. Как определяется средняя скорость потока?
15. Напишите выражения числа Грасгофа.
16. Как определить расход тепла, идущего на нагрев вещества?
17. Как определить массовый расход потока?
18. Каким образом определяется коэффициент теплопередачи ?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9