Часть 2 Основы теплопередачи

Обработка опытных данных

Конечной целью работы является сопоставление опытных (Кэксп) и расчетных (Красч) значений коэффициентов теплопередачи в теплообменном аппарате с двухрядным трубным пучком и оребренными стенками.

Определение экспериментального значения коэффициента теплопередачи Кэксп. По измеренным данным в соответствии с основным уравнением теплопередачи

стей воды и воздуха, которые выбираются при их средних температу-

Здесь плотность воды 1 определяют при средней температуре воды (прил. 1), а плотность воздуха ρ2 рассчитывают при средней темпера-

2. Вычисленные тепловые потоки из-за погрешностей измерения могут не совпадать. Рассчитать расхождение между потоком теп-

ла, подведенным горячей водой Qподввода , и тепловым потоком, по-

лученным холодным воздухом Qполучвозд :

- 201 -

При превышении расхождения =30 % достоверность опытных данных сомнительна, и измерения надо повторить.

3.В исследуемом теплообменном аппарате реализуется перекрестная схема движения теплоносителей – перекрестный ток. С хорошим приближением можно рассматривать эту схему как противоток (рис. 1б). Среднелогарифмическую разность температур (температурный напор) рассчитать по выражению (5).

4.Площадь внутренней поверхности всех труб теплообменни-

ка F1 = d1 lтр = 0,15 м2, где d1 – внутренний диаметр труб, d1 = 0,01 м; lтр – общая длина труб теплообменного аппарата, lтр =7 м.

5. Полагая, что точность измерений температур и расхода воды оказывается выше, чем для воздуха, расчет эксп выполнить по данным

Определение расчетного значения коэффициента теплопередачи расч выполняется по уравнению (8).

Расчет коэффициента теплоотдачи от воды к стенке 1.

При вынужденном движении жидкости в трубе уравнения подобия, из которых можно рассчитать коэффициент теплоотдачи 1, имеют следующий вид:

– для Re < 2000 (ламинарный режим течения)

Таблица 3

- 202 -

где 1, Вт/(м К) коэффициент теплопроводности воды определяется из прил. 2 при средней температуре воды.

где – скорость движения воды в трубе, м/с; d1 внутренний диа-

метр трубы, м; 1 –коэффициент кинематической вязкости воды, м2/с, определяется из прил. 2 при средней температуре воды.

Число Грасгофа

где g = 9,81 – ускорение свободного падения, м/с2; – коэффициент

- 203 -

ность воды (кг/м3) и ее коэффициент кинематической вязкости (м2/с), при средней температуре; d1 – внутренний диаметр труб, м. Однако при расчете 1 по уравнениям (13 – 15) необходимо знать температуру внутренней поверхности стенок труб, которая неизвестна. Поэтому вначале вычисляем 1, пренебрегая отношением ( ж⁄ ) , приняв его равным 1. Затем вычисляем 1 по (13), (14) или (15). Зная теп-

ловой поток, отдаваемый горячей водой стенкам труб в процессе теп-

ее средней температуре.

Расчет коэффициента теплоотдачи от наружной поверхности труб к поперечному потоку воздуха при смешанном его движении ( 2, Вт/м2·К). Коэффициент теплоотдачи 2 от наружной поверхности стенок труб при поперечном омывании воздухом шахматных пучков труб рассчитывается по уравнениям подобия:

Поскольку число Pr для воздуха от температуры практически не зависит, отношение ( ж⁄ ) для воздуха можно принять равным 1, тогда уравнения подобия (16) и (17) запишутся в виде

- 204 -

ра воздуха.

Уравнения (18 и 19) позволяют рассчитать коэффициент теплоотдачи воздуху 2 для третьего и последующих рядов шахматного

f2 = 0,022 м2; 2 – коэффициент кинематической вязкости воздуха

(прил. 2) при t 2 , м2/с, число Прандтля воздуха Prвозд. определяется из

прил. 2 при t 2 ; ρ2 – плотность воздуха при средней температуре воздуха, кг/м3 Чтобы определить коэффициенты теплоотдачи для первого

эффициент i , который составляет соответственно 0,6 и 0,7 для первого и второго рядов труб, то есть

Средний для двухрядного трубного пучка коэффициент тепло-

- 205 -

отдачи в исследуемом теплообменнике равен

оребренных труб двухрядного пучка воздуху с учетом (22). Вычислить расчетное значение коэффициента теплопередачи

Красч по уравнению (8) с учетом коэффициента оребрения =5. Рассчитать расхождение между эксп и расч

Проведение подобных расчетов удобнее проводить на компьютере. Пример обработки экспериментальных данных лабораторной работы с применением программного продукта Mathcad приведен в прил.3.

Контрольные вопросы

1.Теплообменные аппараты. Назначение, классификация.

2.Цель проектного (конструкторского) и поверочного тепловых расчетов теплообменных аппаратов.

3.Основы теплового расчета теплообменных аппаратов. Уравнение теплового баланса и теплопередачи.

4.Методы интенсификации теплообмена в теплообменных аппаратах. Оребрение теплоотдающих поверхностей.

5.Влияние схемы движения теплоносителей в теплообменных аппаратах на характер изменения температур теплоносителей (прямоток и противоток).

6.Экспериментальная установка и методика проведения эксперимента. Расчет эксп .

7.Порядок определения расчетного значения коэффициента теплопередачи расч .

8.Сравнение экспериментального и расчетного значений коэффициента теплопередачи.

- 206 -

Литература

1.Галин, Н.М. Тепломассообмен (в ядерной энергетике): учебное пособие для вузов / Н.М. Галин, Л.П. Кириллов. – М.: Энергоиз-

дат, 1987. –376 с.

2.Теплофизические свойства теплоносителей и рабочих тел энерготехнологических процессов и установок: метод. указания /сост.: В.А. Аляев [и др.]. – Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та. 2000. –

64 с.

3.Нащокин, В.В. Техническая термодинамика и теплопередача: учебник / В.В. Нащокин. – М.: Высш. школа, 2008. – 496 с.

4.Исаченко, В.П. Теплопередача: учебник / В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел. – М.: Энергия, 1981. – 416 с.

5.Практикум по теплопередаче / А.П. Солодов и [др.] – М.: Энергоатомиздат, 1986 – 296 с.

- 207 -

Приложение 1

Число делений по ротаметру

Рис. 1. Градуировочный график ротаметра, измеряющего расход воды

- 208 -

t , C

,м

Рис. 3. Градуировочный график термопар

- 210 -