3 Методика обработки опытных данных
Коэффициент теплопередачи определить по формуле:
где - количество тепла, которое передается от горячего теплоносителя к холодному, Вт.
- средний температурный напор, °С.
- величина рабочей поверхности,
Количество тепла, которое передается от горячего теплоносителя к холодному, может быть определено из уравнения теплового баланса:
где -расход горячего теплоносителя, ;
-расход холодного теплоносителя, ;
, – удельные теплоемкости теплоносителей при постоянном давлении, ;
- начальная и конечная температура горячего теплоносителя, ºС;
- начальная и конечная температура холодного теплоносителя, ºС;
- потери тепла в окружающую среду, Вт;
Исследуемый теплообменник выполнен с перекрестным током теплоносителей, поэтому среднюю разность температур теплоносителей определяют по формуле:
где – средний температурный напор для эквивалентного противотока (противотока с данными температурами теплоносителей).
– коэффициент пропорциональности.
Средний температурный напор для эквивалентного противотока определяется в зависимости от отношения большего и меньшего температурных напоров между рабочими жидкостями. Независимо от начала и конца рабочей поверхности через обозначают больший температурный напор, а через – меньший.
При средний температурный напор определяется по формуле среднего логарифмического температурного напора:
При средний температурный напор вычисляется по формуле среднеарифметического температурного напора:
Коэффициент пропорциональности определяется по номограмме (рис 1.2.) в зависимости от вспомогательных величин P и R:
Рисунок 1.2 График зависимости
Величина рабочей поверхности определяется по формуле:
где - внешний диаметр трубки змеевика, м;
- внутренний диаметр трубки змеевика, м;
- длина змеевика, м.
Для определенного по вышеперечисленным формулам коэффициента теплопередачи , построить график , где – скорость движения холодного теплоносителя, определяемая по формуле:
где - расход холодного теплоносителя, кг/с
– плотность холодного теплоносителя, определяемая из таблицы физических параметров воды на линии насыщения для средней температуры холодного теплоносителя .
– внутренний диаметр трубки змеевика
Таблица 1.2 Физические параметры воды на линии насыщения (учебные данные):
t,ºC |
λ |
p, бар |
ρ, кг/м3 |
Cp кДж/(кг*К) |
ν*106, м2/с |
Pr |
0 |
0,551 |
|
|
|
|
|
10 |
0,575 |
1,013 |
997,7 |
4,191 |
1,306 |
9,52 |
20 |
0,599 |
1,013 |
998,2 |
4,193 |
1,006 |
7,02 |
30 |
0,618 |
1,013 |
995,7 |
4,174 |
0,805 |
5,42 |
40 |
0,634 |
1,013 |
992,2 |
4,174 |
0,659 |
4,31 |
50 |
0,648 |
1,013 |
988,1 |
4,174 |
0,556 |
3,54 |
60 |
0,659 |
1,013 |
983,2 |
4,175 |
0,478 |
2,18 |
70 |
0,668 |
1,013 |
977,8 |
4,187 |
0,413 |
2,55 |
80 |
0,675 |
1,013 |
971,9 |
4,195 |
0,365 |
2,21 |
Для определения коэффициента теплопередачи необходимо воспользоваться формулой:
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,
Определение коэффициентов теплоотдачи и возможно как опытным так и расчетным способом
1-й способ - опытный
Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке вычисляется по формуле:
где – средняя разность температур между горячей водой и стенкой.
– внутренний диаметр трубки змеевика
- длина трубки змеевика
Среднюю разность температур между горячей водой и стенкой определяют по формуле:
где - начальная и конечная температура горячего теплоносителя, ºС;
– среднеарифметическая температура стенки, ºC:
Коэффициент теплопроводности материала разделительной стенки принять равным = 390,
Коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой воде вычисляется по формуле:
где – средняя разность температур между нагреваемой водой и стенкой, ºС.
– внутренний диаметр трубки змеевика, м.
- длина трубки змеевика, м.
Средняя разность температур между стенкой и нагреваемой водой определяют по формуле:
где - начальная и конечная температура холодного теплоносителя, ºС;
– среднеарифметическая температура стенки, ºC.
2-й способ - расчетный
Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке вычисляется по формуле:
где – число Нуссельта для греющей жидкости
- коэффициент теплопроводности греющей жидкости, определяемый из таблицы физических свойств воды для средней температуры греющей жидкости.
- внешний диаметр трубки змеевика
Число Нуссельта для греющей воды, ввиду того, что скорость движения жидкости невелика, определяется по формуле:
где – критерий Рейнольдса греющей воды
- критерий Прандтля греющей воды, определяемый по таблице физических свойств воды для средней температуры греющей воды.
- критерий Прандтля, определяемый по таблице физических свойств воды для средней температуры стенки.
Критерий Рейнольдса греющей воды определяется по формуле:
где – скорость движения греющего теплоносителя, м/с
- внешний диаметр трубки змеевика, м
– кинематический коэффициент вязкости греющего теплоносителя, определяемый по таблице физических свойств воды для средней температуры греющего теплоносителя, .
Скорость движения греющего теплоносителя определяется по формуле, м/с:
где - расход греющего теплоносителя, кг/с
– плотность греющей воды, определяемая из таблицы физических параметров воды на линии насыщения для средней температуры холодного теплоносителя , .
– диаметр змеевика, м.
Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке вычисляется по формуле:
где – число Нуссельта для нагреваемой жидкости
- коэффициент теплопроводности нагреваемой жидкости, определяемый из таблицы физических свойств воды для средней температуры нагреваемой жидкости.
- внутренний диаметр трубки змеевика
Число Нуссельта для нагреваемой воды, ввиду того, что скорость движения жидкости велика, определяется по формуле:
где – критерий Рейнольдса нагреваемой воды
- критерий Прандтля нагреваемой воды, определяемый по таблице физических свойств воды для средней температуры нагреваемой воды.
– критерий Грасгофа для нагреваемой воды
- критерий Прандтля, определяемый по таблице физических свойств воды для средней температуры стенки.
Критерий Рейнольдса нагреваемой воды определяется по формуле:
где – скорость движения нагреваемого теплоносителя, м/c.
- внутренний диаметр трубки змеевика, м.
– кинематический коэффициент вязкости нагреваемого теплоносителя, определяемый по таблице физических свойств воды для средней температуры нагреваемого теплоносителя, .
Критерий Грасгофа для нагреваемой жидкости определяется по формуле:
где =9.81 – ускорение свободного падения,
– температурный коэффициент объемного расширения нагреваемого теплоносителя.
– среднелогарифмическая разность температур между нагреваемой жидкостью и стенкой, °С.
- внутренний диаметр трубки змеевика, м.
– кинематический коэффициент вязкости нагреваемого теплоносителя, определяемый по таблице физических свойств воды для средней температуры нагреваемого теплоносителя, .
Скорость движения нагреваемого теплоносителя определяется по формуле, м/с
где - расход холодного теплоносителя, кг/с
– плотность холодного теплоносителя, определяемая из таблицы физических параметров воды на линии насыщения для средней температуры холодного теплоносителя,
– внутренний диаметр трубки змеевика, м.
По полученным результатам построить график зависимости (для трех опытов).