Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ для студентов всех форм обучения всех специальностей Бийск (стр. 5 из 12)

Перепад температур на пленке конденсата равен разности температур пара и стенки со стороны пара:

. (3.13)

Все параметры пленки конденсата зависят от ее средней температуры, которая определяется как среднеарифметическая величина температуры пара и стенки.

Определение температур стенок

В ряде случаев определение коэффициента теплоотдачи a невозможно без значения температуры более нагретой поверхности стенки

или температуры менее нагретой ее поверхности .

Температуру стенки находят методом последовательных приближений: задавшись произвольно этой температурой, определяют a, рассчитывают К по формуле (3.2), а затем по приведенным ниже формулам проверяют сходимость рассчитанной величины.

В качестве первого приближения принимают температуру стенки по уравнениям:

; (3.14)

. (3.15)

Повторяют вычисление

, , и . Расчет заканчивается, когда для последних значений К и не различаются больше чем на 2 %; полученные в последних вычислениях , и принимаются за окончательные.

Двухтрубные теплообменники типа «труба в трубе»

Секционные теплообменники являются разновидностью трубча-тых аппаратов, состоят из нескольких последовательно соединенных секций, каждая из которых представляет собой трубчатый пучок с малым числом труб, помещенных в кожух небольшого диаметра. В секционных аппаратах, сравнительно простых по конструкции, даже без внутренних перегородок легко достижимы благоприятные для хорошего обмена условия – противоточное движение теплоносителей, а также достаточно высокие и примерно равные их скорости.

Теплообменники типа «труба в трубе» (рисунок 7), называемые также двухтрубными, представляют собой разновидность секционных аппаратов и применяются при небольших расходах, но высоких давлениях теплоносителей. Небольшие поперечные сечения внутренней трубы и кольцевого зазора позволяют достичь высоких скоростей теплоносителей.

I, II – теплоносители; 1 – наружная труба; 2 – внутренняя труба;

3 – соединительное колено; 4 – патрубок

Рисунок 7 – Теплообменник типа «труба в трубе»

Недостатки секционных теплообменников: громоздкость и относительно высокая стоимость поверхности теплообмена из-за большого числа кожухов, камер, трубчатых решеток, фланцев, калачей и других деталей, а также значительный расход электроэнергии на преодоление гидравлических сопротивлений за счет большой длины пути жидкости по секциям аппарата и повышенного числа поворотов и переходов между секциями.

Экспериментальная часть

Установка для проведения экспериментальных работ состоит: из теплообменника 1 (рисунок 8), паропровода 2, линии отвода конден-сата 4, контрольно-измерительных приборов (ротаметр 5, манометры 6, термометры 7), холодильника 8, насоса 9, емкости для пищевых жидких сред 10. Теплообменник типа «труба в трубе» состоит из четырех расположенных друг над другом элементов, причем каждый элемент состоит из двух труб: наружной трубы размером 32×2 мм и концентрически расположенной внутри нее трубы размером 16×1 мм. Внутренние трубы элементов соединены друг с другом последовательно при помощи съемных калачей. Наружные трубы также связаны между собой. Общая рабочая длина трубы l = 1,5 м.

Греющий пар подают в межтрубное кольцевое пространство теплообменника. Конденсат отводится через конденсатоотводчик в линию конденсата. Расход воды устанавливают при помощи расходомера-ротаметра. Давление конденсирующего пара регулируют вентилем по показанию манометра, присоединенного к верхней части теплообменника, температуру на входе и выходе воды измеряют ртутными термометрами.

1 – теплообменник; 2 – паропровод; 3 – вентиль; 4 – линия отвода

конденсата; 5 – ротаметр; 6, 7 – манометры; 8 – холодильник;

9 – насос; 10 – емкость

Рисунок 8 – Схема установки

Порядок проведения работы

Устанавливают расход воды, заданный преподавателем, и только затем продувают паром межтрубное (кольцевое) пространство теплообменника в течение 5…10 минут. После продувки определяют заданный расход пара и постоянное (избыточное) давление пара
(не менее 0,3 атм). Через каждые 2…5 минут записывают показания термометров. Измеренные величины заносят в таблицу 3. Замеры заканчивают, когда начальная и конечная температуры нагреваемой среды примут постоянные значения.

Таблица 3 – Опытные данные

Измеряемая величина	Время замера
	1	2	3	4	5
Давление пара ,
Расход холодного теплоносителя V,
Начальная температура воды , оС
Конечная температура воды , оС

Обработка опытных данных

Вариант 1. Определение коэффициента теплоотдачи

от пара к стенке

1. По известному давлению водяного пара находят температуру

его конденсации и удельную теплоту парообразования (таблица А.2 Приложения А). Найденные табличные величины заносят в таблицу 4.

Таблица 4 – Физические параметры пара и пленки конденсата

Наименование	Размерность	Значение
Температура конденсации пара,	0С
Удельная теплота парообразования, r	Дж/кг
Плотность конденсата, ρ
Теплопроводность конденсата, λ
Кинематическая вязкость конденсата, ν

2. Определяют большую и меньшую разности температур на концах теплообменника по формулам

;

.

Полученные значения заносят в таблицу 5.

Таблица 5 – Расчетные величины

Наименование	Обозначение, размерность	Значение
Разность температур
Средняя разность температур
Температура стенки	, 0С
Температура пленки конденсата	, 0С
Коэффициент теплоотдачи	,

3. Среднюю разность температур определяют по формуле

или по формуле .