ДОСЛІДЖЕННЯ РОБОТИ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТЕПЛООБМІННОГО АПАРАТУ.
Лабораторна робота № 1 Дослідження роботи рекуперативного теплообмінного апарату.
Лабораторна робота № 2 Визначення фізико-хімічної температурної депресії розчину.
Лабораторна робота № 3 ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ В АПАРАТАХ З КИПЛЯЧИМ ШАРОМ.
Лабораторна робота № 4 процесів теплообміну та гідродинаміки у скрубберній установці.
Лабораторна робота № 1
ДОСЛІДЖЕННЯ РОБОТИ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТЕПЛООБМІННОГО АПАРАТУ.
Мета роботи – придбання навичок експериментального досліду передачі теплоти у секційному водо-водяному апараті та отримання необхідних данних для визначення його характеристик.
Завдання до роботи.
1. Складання енергетичного балансу секційного теплообмінного апарату.
2. Визначення коефіцієнтів теплопередачі при різних схемах руху теплоносіїв та порівняння їх з дослідними значеннями.
3. Визначення ефективності теплообмінного апарату (ε) та числа одиниць переносу (N), побудова графічної залежності ε=f(N) при різних відношеннях еквівалента витрати теплоносіїв.
Обладнання та матеріали.
Для виконання роботи використовується рекуперативний теплообмінний апарат секційного типу, термометри, манометри, диференційні манометри.
Теоретичні вказівки.
Розрахунок теплообмінних апаратів базується на сумісному рішенні рівнянь теплового балансу та теплопередачі. Рівняння теплового балансу для рекуперативного теплообмінного апарату без зміни агрегатного стану теплоносіїв може бути представлено у форму:
(1.1)
де Q1 – кількість тепла, що було віддано гріючим теплоносієм:
(1.2)
Q2 – кількість тепла, що було сприйняте теплоносієм, що підігрівається
(1.3)
ε – безрозмірна питома теплова продуктивність або коефіцієнт ефективності, що характеризує здібність теплообмінного апарату передавати тепло:
(1.4)
- температури гріючого теплоносія на вході та на виході з апарату, ˚С;
- температури теплоносія, що підігрівається, на вході та на виході з апарату, ˚С;
W1, W2 – еквівалент витрати теплоносія, W1(2) = G1(2)c1(2), Вт/К,
WM – менше значення з еквівалентів витрати теплоносія, Вт/К.
Ще одною характерною величиною для теплообмінних апаратів є число одиниць переносу
(1.5)
де F1, F2 – поверхні теплообміну з боку гріючого теплоносія та з боку теплоносія, що підігрівається, м2;
– коефіцієнти теплообміну з боку гріючого теплоносія та з боку теплоносія, що підігрівається. Вони визначаються за допомогою критеріальних рівнянь в залежності від режиму течії та виду теплообміну, в загальному випадку:
(1.6)
де λ – теплопровідність стінки, Вт/(мК);
d – характерний розмір, м;
Nu – критерій Нуссельта, що характеризує інтенсивність теплообміну між теплоносієм та стінкою і в загальному випадку Nu=f(Re,Pr,Gr). Так, наприклад, при примусовому русі теплоносія
- по горизонтальним трубам:
а) при ламінарному русі (Re<2300):
(1.7)
б) при турбулентному русі (Re>10000):
(1.8)
в) коли характер руху перехідний (2300<Re≤10000)
(1.9)
- у міжтрубному просторі теплообмінного апарата:
а) при русі по кільцевому каналі:
(1.10)
б) у міжтрубному просторі кожухотрубного теплообмінного апарату:
(1.11)
де D – діаметр зовнішньої труби, м;
d – діаметр внутрішньої труби, м;
de – еквівалентний діаметр, м;
С – поправковий коефіцієнт (із застосуванням перегородок С=1,72, без перегородок С=1,16).
Між ε та N для кожної зі схем руху теплоносіїв є складна експотенційна залежність. Так наприклад у випадку протитоку:
(1.12)
Опис схеми лабораторної установки:
Лабораторна установка (рис 1.1) включає водо-водяний теплообмінний апарат типу “труба у трубі” 1, що складається з чотирьох секцій, системи вентилів, кранів, вимірюючого комплексу. Кожна секція складається із зовнішніх (17/19 мм) та внутрішніх (10/12 мм) труб довжиною 1,035 м. Поверхня нагріву теплообмінного апарату становить 0,05 м2.
Первинний теплоносій (гаряча вода) із котельні надходить у внутрішню трубку теплообмінника і після проходження крізь апарат вертається у котельню. Вторинний теплоносій – холодна вода із водопровідної магістралі – пересувається у між трубному просторі теплообмінника і скидається у відвідний трубопровід.
Система вентилів та кранів В1, К1, К5, К2, К3, та К4 на лінії первинного теплоносія та В2, К7, К9, К6, та К8 на лінії вторинного організує протиточний рух теплоносіїв у теплообмінному апараті. Аналогічно система вентилів та кранів В1, К1, К5, К2, К3, К4 на лінії первинного та В2, К6, К8, К9, К7 на лінії вторинного організує прямоточний рух теплоносіїв.
Витрата первинного теплоносія вимірюється діафрагмою та дифманометром 4, а вторинного – по перепаду тиску на вході та виході із теплообмінника, на дифманометрі 9. Тиск первинного теплоносія на вході і на виході із теплообмінника вимірюється манометрами 7 і 10.
Температура води, що підігрівається вимірюється термопарами t4 та t7, а первинного теплоносія термопарами t5 та t6.
Програма роботи та вказівки до її виконання.
1. Підготовка установки до роботи.
1.1. Підготувати протокол спостережень (табл. 1.1.)
Протокол спостережень
Таблиця 1.1.
№пп | Час, τ, с | Перепад тиску, Па | Витрата теплоносія, кг/с | Температура теплоносія, ˚С | |||||
первинного | Вторинного | ||||||||
ΔР1 | ΔР2 | М1 | М2 | Т5 | Т6 | Т4 | Т7 | ||
1.2. Перевірити циркуляцію у теплообміннику гріючого теплоносія, відкриваючи послідовно вентиль В1 та крани К1, К5.
2. Проведення дослідів.
2.1. За допомогою кранів та вентилів установки встановити задану викладачем схему руху теплоносіїв.
2.2. Плавно відкрити кран К9 (протиток) або К8 (прямоток) та вентиль В2. Встановити заданий режим руху вторинного теплоносія.
2.3. Плавно відкрити крани К5, К1 та вентиль В1 та встановити заданий режим руху первинного теплоносія.
2.4. При сталому режимі (температури теплоносіїв не змінюються впродовж часу) провести не менш 4-х замірів з інтервалом у 5 хвилин для кожного відношення еквівалентів WM/WБ.
3. Обробка результатів спостережень.
3.1. Визначити витрати теплоносіїв та середньо масові швидкості їх руху в апараті при різних схемах руху теплоносіїв.
3.2. За витратними та температурними характеристиками режиму роботи визначити теплові потоки у апараті, середній температурний напір та експериментальне значення коефіцієнта теплопередачі при різних схемах руху теплоносіїв.
3.3. Скласти енергетичний баланс теплообмінного апарату. Визначити коефіцієнт використання тепла та втрати у навколишнє середовище при різних схемах руху теплоносіїв.
3.4. Користуючись критеріальними рівняннями (1.7-1.11) визначити розрахунковий коефіцієнт теплопередачі при різних схемах руху теплоносіїв.
3.5. За дослідними даними побудувати графічну залежність ε=f(N), при різних відношеннях еквівалентів витрати (WБ/WM=1, 0.8, 0.6, 0.4).
3.6. Провести аналіз експериментів та скласти узагальнюючі висновки, в яких оцінити теоретичні та експериментальні данні, а також ефективність різних схемах руху теплоносіїв.
3.7. Оформити звіт до лабораторної роботи.
Звіт про лабораторну роботу
1.Короткий опис роботи.
2.Протокол вимірювань.
3.Обробка результатів вимірювань.
4.Обговорення результатів роботи.
Питання до контрольного опитування
1. Які величини треба виміряти для визначення коефіцієнту теплопередачі?
2. Які особливості конвективного теплообміну при примусовому русі теплоносія?
3. Який критерій є визначальним в процесі примусової конвекції?
4. Які фактори визначають інтенсивність конвективного теплообміну при примусовому русі середовища та як вони впливають на коефіцієнт теплопередачі?
5. Які задачі можна рішати на основі енергетичного балансу теплообмінного апарата?
6. Як впливає збільшення поверхні теплообмінника на його ефективність?
7. Як впливає збільшення значення еквівалента на коефіцієнт теплопередачі?
Лабораторна робота № 2