Лабораторная работа №1 Исследование теплопередачи и гидравлического сопротивления в водоводяном теплообменнике.
(продолжительность лабораторного занятия – 4 часа, домашняя работа – 2 часа)
Цель работы:
1. Определить опытным и расчетным путем значения коэффициентов теплопередачи в зависимости от скорости течения теплоносителя.
2. Определить гидравлическое сопротивление в зависимости от скорости теплоносителя.
1 Общие указания
Для выполнения настоящей работы необходимо знать следующие основные положения:
1. Теплообменный аппарат или теплообменник - это устройство, предназначенное для передачи тепла от одного теплоносителя к другому. Конструкции теплообменников весьма разнообразны.
2. По принципу действия различают рекуперативные, регенеративные и смесительные.
3. По направлению движения теплоносителей рекуперативные теплообменники разделяют на прямоточные, противоточные и с перекрестным током.
4. Интенсивность процесса теплообмена в рекуперативных теплообменниках оценивается коэффициентом теплопередачи.
где -коэффициент теплоотдачи от греющего теплоносителя к разделительной стенке,
-толщина разделительной стенки, м;
-коэффициент теплопроводности материала разделительной стенки, ;
-коэффициент теплоотдачи от разделительной стенки к нагреваемой жидкости, .
5. Определение коэффициента теплоотдачи является наиболее трудной и ответственной задачей при расчете теплообменных аппаратов. В настоящее время коэффициенты теплоотдачи определяются из критериальных уравнений, явный вид которых находится экспериментально для каждого вида теплообмена.
2 Методика проведения эксперимента
Схема опытной установки представлена на рис. 1.1. Установка состоит из водяного теплообменника 1 и водяного подогревателя 2.
Рис.1.1 Принципиальная схема установки для испытания теплообмена
Поверхность нагрева 10 теплообменника 1 выполнена из медной трубки наружным диаметром 12 мм, толщиной 2 мм и длиной 5.5 м. Она представляет собой змеевик диаметром 80 мм, имеющий 22 витка с шагом 32 мм.
Холодная вода поступает в нагреватель 2, где она подогревается, а затем подается в межтрубное пространство теплообменника 1, где отдает свое тепло через стенку холодной воде, протекающей внутри змеевика. Для уменьшения тепловых потерь теплообменник 1 и нагреватель 2 покрыты тепловой изоляцией.
Измерение расхода воды производится при помощи мерных сосудов 5.
Гидравлическое сопротивление ∆p теплообменника измеряется v-образным манометром 6.
Температура воды измеряется термопарами 7, установленными на входе и выходе теплоносителей в теплообменнике. Температура поверхности змеевика измеряется термопарами 8, заделанными в стенку змеевика.
Измерение Э.Д.С. производится потенциометром 9. Температура холодных спаев измеряется термометром. Маркировка термопар имеется на стенде.
Изучить устройство опытной установки, знать назначение каждого ее элемента.
Подать воду на теплообменник и на водяной подогреватель. Отрегулировать расход воды через теплообменник так, чтобы перепад давлений ∆p по v-образному манометру составлял 70 мм. в. ст., а через водяной подогреватель так, чтобы температура воды на выходе была равной 60-70 ºС.
При установившемся тепловом режиме записать показания всех измерительных приборов в таблицу (таблица 1.1).
Произвести такие же замеры для перепада давлений 110, 210 мм. вод. ст.
Выключить нагреватель, а затем и воду на теплообменник и водяной нагреватель.
В установке расход греющего теплоносителя не изменяется, а расход нагреваемого теплоносителя изменяется.
Результаты измерений заносятся в таблицу.
Таблица 1.1 Результаты измерений
|
Горячая вода |
Холодная вода | |||||
|
Масса воды М1,кг |
Время измерения t1,с |
Расход жидкости G1, кг/с |
Масса воды М2, кг |
Время измерения t2,с |
Расход жидкости G2, кг/с |
Перепад давлений ∆p мм.в.ст |
11 |
|
|
|
|
|
|
|
22 |
|
|
|
|
|
|
|
33 |
|
|
|
|
|
|
|
Продолжение таблицы 1.1
|
Теплоносители |
Стенка | ||||||||||
|
E1’, mV |
t1, °C’ |
E1’’, mV |
t1’’, °C |
E2’, mV |
t2’, °C |
E2’’, mV |
t2’’, °C |
Eст1, mV |
tcт1, °C |
Ecт2, mV, |
tcт2, °C |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Включение и выключение установки, а также режима ее работы, производятся под наблюдением преподавателя.