Обработка результатов измерений

Обработка производится в следующей последовательности:

1. Определяется температура перед диафрагмами Tги Tх на входе в ап- парат Tг¢ и Tх¢ , на выходе Tг¢ и Tх¢ по таблице эдс термопар «хромель-копель» (приложение, табл. П. 7) или по приближенной зависимости:

T = 273,15 + E/0,0695, (4.46)

где E – эдс соответствующей термопары в мВ, [T] = 1 К.

2. Вычисляются расходы горячего и холодного теплоносителей.

При использовании в качестве теплоносителя воды ее расход определя- ется для горячей и холодной сторон уравнениями:

Gг= 0,0723

Gх= 0,0723

ÄPг ; (4.47)

ÄPх, (4.48)

где перепады давлений ΔPги ΔPхвыражены в кгс/м2, [G] = 1 кг/с.

При использовании в качестве теплоносителей воздуха его расходы со- ответственно будут:

-3

Gг= 0,472 ×10

rг ÄPг

= 0,472 ×10-3

Pг RTг × ÄPг ; (4.49)

-3

Gх= 0,472 ×10

Pх RTx × ÄPх

, (4.50)

где перепады давлений ΔPги ΔPхвыражены в кгс/м2; ρг– плотность воздуха перед диафрагмой в кг/м3; Pг, Pх– давление воздуха перед диафрагмами в кгс/м2; Tг, Tх – температуры воздуха перед диафрагмами в К; R – газовая по- стоянная для воздуха (R = 29,3 кг×м/(кг·К)).

3. По уравнениям (4.19), (4.23) и (4.24) определяются среднелогариф- мические температурные напоры.

4. Вычисляется тепловой поток, передаваемый в аппарате:

Qх = Gх cpх ( Tх¢ - Tх¢ ) ; (4.51)

Qг= Gгcpг ( Tг¢- Tг¢) , (4.52)

где теплоемкости теплоносителей

cpг

и cpх

определяются по средним тем-

пературам T г

= 0,5( Tг¢+ Tг¢) ; T х

= 0,5( Tх¢ + Tх¢ )

соответственно.

5. Определяется значение коэффициента теплопередачи:

k =Qх

ÄTлог × Fх

, (4.53)

если холодный теплоноситель имеет меньший коэффициент теплоотдачи

(холодный теплоноситель – воздух), или выражением:

г

Q

k =

ÄT лог × Fг

, (4.54)

если горячий теплоноситель имеет меньший коэффициент теплоотдачи.

Здесь

Fх= pd2l ,

Fг= pd1l . Если коэффициенты теплоотдачи соизмеримы

(для теплообменника «вода – вода» или «воздух – воздух»), поверхность теп- лообмена определяется по среднему диаметру.

6. По уравнениям (4.5) определяются полные теплоемкости массовых расходов теплоносителей Wги Wх.

7. Подсчитывается коэффициент тепловой эффективности теплообмен-

ного аппарата в каждом из режимов как отношение действительно передан- ного теплового потока к максимально возможному:

h = QхQ

= Qх . (4.55)

W (T ¢- T ¢)

хпред

х г х

8. Определяется число единиц переноса теплоты (безразмерный коэф- фициент теплопередачи):

N = kFх. (4.56)

Wх

9. В соответствии с конкретным заданием, полученным от преподава-

теля, определяется изменение величин

ÄT лог , k, η, N в зависимости от вида

теплоносителя, схемы течения, величин Gг, Gх,

Tг¢ ,

Tх¢ , а также геометриче-

ских параметров аппарата d1, d2, d3, l. Необходимо построить графики изме-

нения величин

ÄT лог , k, η, N в зависимости от изменяющихся в эксперименте

величин и проанализировать полученные результаты.

10. Если в теплообменнике с одной из сторон стенки один из коэффи- циентов теплоотдачи известен и значительно меньше другого (например, в теплообменнике «вода – воздух» коэффициент теплоотдачи по воздуху зна- чительно меньше, чем коэффициент теплоотдачи по воде), то, используя ме- тод расчета теплообменника по формулам (4. 15), (4. 16) и считая известным

значение коэффициента теплопередачи

kl, можно определить коэффициент

теплоотдачи по другой стороне. Если, например, в рассматриваемом аппара- те типа «труба в трубе» горячим теплоносителем является вода, а холодным – воздух, то коэффициент теплоотдачи по воздуху равен:

aх d2

= 1 -

kl

aг d1

- 1 2l w

ln d2

d1

, (4.57)

где

klопределяется по уравнению (4. 16), коэффициент теплоотдачи по во-

де αгиз соотношения

Nu = αгd1

⎛ Pr

= 0,023Re0,8Pr0,4⎜ г

0,25

⎞

⎟

г λ г

г ⎜ Pr ⎟

, (4.58)

г ⎝ w ⎠

где Re

= 4Gг

; μ , λ , Pr

определяются по средней температуре горячей воды

г

pd1mг

г г г

T г = 0,5( Tг¢+ Tг¢) ; Prw определяется по температуре стенки Tw. В первом при-

ближении принять Tw@ T г . Коэффициент теплопроводности материала стен-

ки принять λw= 20 Вт/(м·К).

Если в аппарате горячим теплоносителем является воздух, а холодным вода, то коэффициент теплоотдачи по горячей стороне αг может быть опре- делен с использованием уравнения (4.15), где коэффициент теплоотдачи по воде αхопределяется выражением:

Nu = αх

э = 0,86⎜2 ⎟

-0,16

,

⎛ d2 ⎞

-0,16

0,8

0,4 ⎛ х ⎞

0,11

λ

d ⎛ d ⎞

Nuср

= 0,86⎜⎜ ⎟⎟

× 0,023Reх

Prх

⎜ Pr ⎟

⎜ Pr ⎟ ,

d

х ⎜ 3 ⎟ ⎝

d3⎠

⎝ w ⎠

⎝ ⎠

(4.59)

где dэ = d3 – d2 – эквивалентный диаметр для кольцевого канала;

Re =

4 Gх

; μ , λ , Pr

определяются по средней температуре холодной

х π(d

+ d2

)μх

х х х

воды T х = 0,5( Tх¢ + Tх¢ ) ; Prw определяется по температуре стенки Tw. В первом

приближении принять Tw= T х .

11. Результаты обработки опытных данных сводятся в табл. 4.2 – 4.4.

Таблица 4.2

Номер режи- ма

Tг

Tх

Tг¢

Tх¢

Tг¢

Tх¢

Gг

Gх

ÄTлог

cpх

Qх

cpг

Qг

К

К

К

К

К

К

кг/с

кг/с

К

Дж   кг × °С

Вт

Дж   кг × °С

Вт

· · ·

Таблица 4.3.

Таблица 4.4.

Верхняя строка в табл. 4.4 соответствует определению αхметодом рас- чета теплообменника по формулам (4. 15), (4. 16), нижняя - определению αг.

12. Для варианта определения αхстроится зависимость Nuхот Reхи

проводится сопоставление полученных величин с расчетной зависимостью для кольцевых каналов с обогреваемой внутренней трубкой:

0,8 ⎛ d3⎞

0,16

⎛ Tw⎞

-0,5

Nu х = 0,0176Rex

⎜⎜ d ⎟⎟

⎜⎜ T ⎟⎟

. (4.60)

⎝ 2 ⎠

⎝ x ⎠

Для варианта определения αгстроится зависимость Nuгот Reги прово- дится сопоставление полученных величин с расчетной зависимостью для трубы:

Nu г

= 0,0202Re0 ,8

. (4.61)

13.

г

При исследовании работы теплообменного аппарата, в котором применена интенсификация теплообмена, необходимо сопоставить получен- ные в п. 9 зависимости с аналогичными зависимостями для теплообменника без интенсификации теплообмена при одинаковых значениях задаваемых па- раметров Gг, Gх, Tг¢, Tх¢, d1, d2, d3, l.

14. При определении коэффициентов теплоотдачи по горячей стороне в

аппарате с интенсификацией сопоставить полученные значения Nuгс расчет-

ной зависимостью для теплоотдачи гладкой трубы

Nuг (4.61) и определить

гл

отношение

Nuг

Nuггл

в зависимости от Reг

и безразмерных геометрических па-

раметров

d1¢ d1

и t/d1. Построить соответствующие графики и сопоставить

полученные результаты с эталонными значениями, приведенными в прило- жении (табл. П. 8).

При Re = const и t/d1 = const построить зависимость

Nu Nu

г г

от

гл

d1¢

d1. Используя данные табл. П. 8, на том же графике нанести зависимость

отношения коэффициентов гидравлического сопротивления

x xгл. Опреде-

лить области значений параметров, где

Nu Nu

г г

>

гл

x xгл

Nu Nu

г г

и

гл

< x xгл.

15. При определении коэффициента теплоотдачи по холодной стороне

в аппарате с интенсификацией теплообмена сопоставить полученные значе-

ния Nuхс расчетной зависимостью

Nuх для теплоотдачи кольцевого канала

гл

с гладкими стенками (4.60) и определить отношение

Nu Nu

х х

гл

d

в зави-

- d ¢

симости от Reх и безразмерных геометрических параметров 2 2 и

tх

d3- d2

d3- d2

. Построить соответствующие графики и сопоставить полученные ре-

зультаты с эталонной зависимостью (4.45).

Контрольные вопросы

1. Какие величины характеризуют качество работы теплообменного аппарата?

2. Что такое коэффициент теплопередачи?

3. Какие преимущества имеет противоточная схема по сравнению с прямоточной схемой?

4. Что нужно сделать, чтобы уменьшить погрешность определения ко- эффициента теплопередачи?

5. Что нужно сделать, чтобы заметно уменьшить погрешность опреде- ления коэффициента теплоотдачи методом теплообменника?

6. Как изменить режим работы теплообменного аппарата?

7. Как влияет увеличение температуры горячего теплоносителя на вхо- де на тепловую мощность аппарата и температуры теплоносителей на выходе из аппарата?

8. Как влияет увеличение расхода холодного теплоносителя на тепло- вую мощность аппарата и температуры теплоносителей на входе?

9. Показать, как изменится распределение температур горячего и хо- лодного теплоносителей по длине канала для прямотока и противотока.

10. Каким способом можно увеличить коэффициент теплопередачи те- плообменного аппарата?

11. Почему при организации интенсификации теплообмена в каналах целесообразно турбулизировать пристеночные слои жидкости?