Исследование распределения температуры теплоносителей по длине теплообменника

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: экспериментальное и аналитическое определение закономерностей распределения температуры по длине теплообменника типа «труба в трубе» при работе в режимах прямотока и противотока.

ЗАДАНИЕ

1. Ознакомиться с устройством и принципом действия рекуперативного теплообменника типа «труба в трубе».

2. Экспериментальным путем и аналитически определить закономерности распределения температуры по длине теплообменника.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Теплообменный аппарат (теплообменник) – это устройство, предназначенное для нагревания или охлаждения теплоносителя

Д вижущей силой теплообменных процессов является разность температур между средами, при наличии которой тепло распространяется от среды с большей температурой к среде с меньшей температурой, т.е. нагревание одного теплоносителя происходит за счет охлаждения другого. Интенсивность теплообмена в аппарате зависит от взаимного направления движения сред. Чаще всего на практике осуществляют прямоточное и противоточное движение теплоносителей. В зависимости от этого по-разному происходит распределение температуры по длине теплообменного аппарата.

Коэффициент теплопередачи теплообменника, k, Вт/(м²К), определяется из уравнения теплопередачи:

k = Q / (F_тt_ср), (4.1.)

где F_т - площадь поверхности теплообмена (определяется по среднему диаметру внутренней трубы), м²;

t_ср - среднелогарифмическая разность температур на концах теплообменника, К;

t_б - t_м

t_ср= ----------------- , (4.2.)

ln (t_б / t_м)

где t_б, t_м - большая и меньшая разности температур теплоносителей на концах теплообменника, ^оС;

В прямоточном теплообменнике значение t_б всегда равно разности температур теплоносителей на входе, a t_м — на выходе. В противоточном теплообменнике теплоносители движутся навстречу друг другу и значения t на концах определяются уже по разности температур на входе греющего и выходе нагреваемого теплоносителя. На каком конце теплообменника значение t будет больше, показывает конкретный расчет.

На практике чаще используются противоточные схемы движения теплоносителей, поскольку при одинаковых температурах входящих и выходящих теплоносителей t при противотоке всегда больше, чем при прямотоке. Это означает, что для передачи одного и того же теплового потока Q при противоточной схеме потребуется теплообменник меньшей площади. Еще одно преимущество противоточного теплообменника заключается в том, что холодный теплоноситель в нем можно нагреть до температуры более высокой, чем температура греющего теплоносителя на выходе t₂  t₁. В прямоточном теплообменнике этого сделать невозможно.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ

1. Что называется движущей силой тепловых процессов?

2. В каком случае применяется принцип прямотока?

3. В каком случае применяется принцип противотока?

4. В каком случае (при прямотоке или противотоке) при прочих равных условиях больше расход теплоносителей?

5. Проанализировать уравнение, описывающее изменение температуры теплоносителя вдоль поверхности теплообмена.

6. Проанализировать уравнение для определения среднего температурного напора в теплообменном аппарате.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5