Определение коэффициента теплопередачи в случае движения жидкости в трубе при различных скоростяхтечения

Цель работы:

1. Изучение экспериментального стенда

2. Экспериментальное построение графика зависимости коэффициента теплоотдачи от скорости течения жидкости в трубе.

 

ЛАБОРАТОРНЫЙ СТЕНД.

 

Конструкция лабораторного стенда «Теплообменные аппараты» ТА-013-4ЛР-01 представлена на рис. 5.1 и 5.2.

 

Рис. 5.1. Лабораторный стенд «Теплообменные аппараты». Вид спереди

 

Рис. 5.2. Лабораторный стенд «Теплообменные аппараты». Вид сзади

 

Стенд выполнен в виде единой рамной конструкции и включает в себя:

‒ основание 1 с регулируемыми опорами для установки стенда на столе или другой ровной поверхности;

‒ вертикальные стойки 2; ‒ панель 3 с размещенной на ней аппаратурой;

‒ панель 4 управления и индикации;

‒ автоматический выключатель 5;

 ‒ гидравлический бак холодного контура (БХК) объемом 30 л, выполненный из коррозионностойкого материала; ‒ быстроразъемные соединения (БРС);

‒ краны шаровые КР1, КР2, КРЗ, КР4;

‒ насос Н1 WСР 25-60 циркуляционного типа холодного контура;

‒ насос Н2 WСР 25-40 циркуляционного типа горячего контура;

‒ расходомер РМ1 СГВ-15 холодного контура;

‒ расходомер РМ2 СГВ-15 горячего контура;

‒ регулируемые задвижки ЗД1, ЗД2;

‒ краны шаровые трехходовые КТ1, КТ2, КТЗ;

‒ теплообменник воздушно-водяной ТОВВ Garcia Camarа СV83 с вентилятором принудительного обдува;

‒ теплообменник кожухотрубный ТОКТ в прозрачном корпусе;

‒ теплообменник типа «труба в трубе» ТОТТ в прозрачном корпусе;

‒ датчики температуры ДТ1, ДТ2,..., ДТ6 АDТ 7420 для измерения температуры жидкости в холодном и горячем контурах системы;

‒ датчик температуры ДТ7 для измерения температуры воздуха на входе воздушно-водяного теплообменника;

‒ датчик температуры ДТ8 для измерения температуры воздуха на выходе воздушно-водяного теплообменника; ‒ проточный электрический нагреватель ПЭН.

На рис. 5.3 показана панель управления и индикации.

Рис. 5.3. Панель управления и индикации

 

На панели управления и индикации находятся:

‒ блок 6 из десяти цифровых сегментных индикаторов ТТС 3321, отображающих показания датчиков ДТ1…ДТ8 и показания расходомеров РМ1 и РМ2;

18 ‒ цифровой индикатор 7 Т1С 3321 мощности проточного нагревателя, рядом с индикатором размещен потенциометр для задания мощности;

‒ кнопка 8 с фиксацией для аварийного отключения электропитания стенда;

‒ тумблер 9 для включения питания системы управления стенда, свечение светодиода рядом с тумблером индицирует включение;

‒ тумблер 10 для включения насоса холодного контура, свечение светодиода рядом с тумблером индицирует включение;

‒ тумблер 11 для включения насоса горячего контура, свечение светодиода рядом с тумблером индицирует включение;

‒ тумблер 12 для включения проточного электронагревателя, свечение светодиода рядом с тумблером индицирует включение.

Гидравлическая схема стенда приведена на рис. 5.4.

Рис. 5.4. Гидравлическая схема

 

На гидравлической схеме тонкой линией обозначен холодный контур системы, толстой – горячий

 

 

Теоретические основы

Средний температурный напор в случае теплообмена без изменения фазового состояния теплоносителей при прямотоке и противотоке рассчитывается как среднелогарифмический между наибольшим и наименьшим температурными напорами:

где ΔТм = Тдт4 − Тдт5, ΔТб = Тдт3 − Тдт1 – температурные напоры, наименьший и наибольший соответственно.

В расчетах удельную массовую теплоемкость воды принять равной С = 4180 Дж/(кг·ºС).

Способ определения коэффициента теплопередачи: определяется тепловая мощность, воспринимаемая нагреваемым теплоносителем; затем полученное значение тепловой мощности подставляется в уравнение теплопередачи и вычисляется коэффициент теплопередачи.

Тепловая мощность, воспринимаемая нагреваемым теплоносителем:

где Qх – расход жидкости нагреваемого теплоносителя (холодного контура), кг/с; ρ – плотность жидкости, кг/м3.

Площадь поверхности теплообмена определяется по среднему диа- метру трубки:

Средняя скорость жидкости в трубке определяется по уравнению неразрывности через объемный расход:

где S – площадь проходного сечения трубки, м2.

На рис. 5.5 показано нужное положение кранов.

Рис. 5.5. Положение кранов: теплообменник «труба в трубе», направление потоков одинаковое

 

Порядок выполнения лабораторной работы

 

1. Включить электропитание стенда тумблером «Питание системы управления».

2. Включить насос холодного контура.

3. Включить насос горячего контура.

4. Установить краны КР2, КРЗ и КТ1…КТЗ? как показано на рис. 5.5.

5. Регулируя задвижку ЗД1, установить расход Qх равным 8 ± 0,5 л/мин. холодного контура

 6. Регулируя задвижку ЗД2, установить расход Qг равным 2 ± 0,2 л/мин. горячего контура

7. Включить проточный нагреватель. Установить максимальную мощность нагрева, вращая потенциометр по ходу часовой стрелки.

8. Дождаться установившихся значений перепада температур на теплообменнике по холодному и горячему контурам (может потребоваться до 10 мин). Записать значения температур в табл. 5.1.

9. Регулируя задвижку ЗД2, установить расход горячего контура равным 4 ± 0,2 л/мин.

10. Дождаться установившихся значений перепада температур на теплообменнике по холодному и горячему контурам. Записать значения температур и расходов в табл. 5.1.

11. Повторить действия по пунктам 9 и 10 для расходов 6 ± 0,2 л/мин, 8 ± 0,2 л/мин, 10 ± 0,2 л/мин, 12 ± 0,2 л/мин.

12. По полученным данным рассчитать скорости движения жидкости в трубе и коэффициент теплопередачи.

13. Построить график зависимости коэффициента теплопередачи от скорости течения жидкости в трубе.

14. Сделать выводы.

 

 

Таблица 5.1

Результаты измерений

Расход  Qг, л/мин
Расход  Qх, л/мин
Тдт1,  ºС
Тдт2,  ºС
Тдт3,  ºС
Тдт4,  ºС
Тдт5,  ºС
Тм,  ºС
Тб,  ºС
Т,  ºС
т , Вт
К,

 

 

Таблица 5.1

Результаты измерений