 |
Расчет и испытание теплообменного аппарата (типа «труба в трубе»).
|
|
|
|
Цель работы: повышение уровня знаний в вопросах теплопередачи и приобретение навыков экспериментального исследования, работы элементов технологических цепей и теплообменного оборудования.
Задачи работы.
1. Изучение конструкции теплообменника «труба в трубе».
2. Испытание теплообменника. Определение коэффициента теплопередачи. Площади поверхности теплообмена.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Теплообменники широко применяют в различных промышленных технологических процессах, в отопительных системах, двигателях внутреннего и внешнего сгорания и их системах в качестве охладителя наддувочного воздуха в поршневых двигателях с наддувом, радиатора в системе охлаждения и смазочной системе, охладителя и нагревателя в газотурбинных двигателях, экономайзера, пароперегревателя, конденсатора, подогревателя в паросиловых установках, а также в других целях.
По способу передачи теплоты теплообменники подразделяют на рекуперативные, регенеративные и смесительные. Теплообменник «труба в трубе» относится к рекуперативным теплообменникам.
Схемы движения потоков
Рис.10.2 Схемы движения теплоносителей в теплообменниках «труба в трубе»: а - прямоточное; б - противоточное;
Описание лабораторного стенда
Стенд для проведения лабораторной работы включает в себя трубу большего и меньшего диаметра (рис. 10.3), вентилятор для подачи холодного воздуха и воздухонагреватель для организации потока горячего нагревателя
| D |
| d |
| Выход нагретого воздуха |
| Вход нагреваемого воздуха |
| Вход греющего воздуха |
| Выход греющего воздуха |
Рис.10.3. Схема лабораторной установки для проведения испытания теплообменного аппарата
|
|
|
Обработка результатов испытаний.
1. Тепловая нагрузка Q на теплообменник определяется по формуле 7.1, Вт, для нагреваемого воздуха:
Q = G ·сср (t2вых - t2вх) (10.1)
где G = w· f · ρ - массовый расход нагреваемого воздуха через трубу, кг/с;
сcp - теплоемкость воздуха, Дж/кг К;
f - живое сечение трубы для прохода нагреваемого воздуха, м, определяется по формуле 10.3 ;
ρ - плотность воздуха, кг/м3;
w- скорость ветра в сечении трубы, измеренная анемометром, м/с;
сcp и ρ - берутся при средней температуре воздуха в трубе по таблице 10.3.
tcp = (t2вых + t2вх) / 2 (10.2)
(10.3)
где dэкв – эквивалентный диаметр внутреннего теплообменного пространства теплообменника, м, определяется по формуле
2. Коэффициент теплопередачи К определяется по формуле 10.4, 
:
(10.4)
где α1 - коэффициент теплоотдачи от греющего воздуха к стенке трубы, 
, определяется по формуле 10.5;
α2 - коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к нагреваемому воздуху, 
, определяется по формуле 10.5;
- термическое сопротивление стенки трубы;
d - толщина стенки трубы, м;
l - коэффициент теплопроводности материала трубы, 
;
a = 6,2 + 4,2w; (10.5.)
где w – скорость воздуха в соответствующей трубе, м/с, замеряется анемометром.
3. Площадь поверхности теплообмена, м2, определяется по формуле 7.6
(10.6.)
4. Для определения температурного напора Δt ср (q) строим схемы потоков как на рисунке 7.4. как для прямотока, так и для противотока. Определяем значения разностей (t1 - t2) на концах потоков и присваиваем им обозначение Δt б и Δt м, соответственно. Если величины незначительно отличаются друг от друга, а их отношение Δt б / Δt М < 2, то средний температурный напор можно приближенно определить из выражения 10.7:
Δt ср = (Δt б + Δt М) / 2. (10.7)
а при Δtб / ΔtМ > 2 средняя разность температур (средний логарифмический температурный напор), определяется по формуле 10.8:
|
|
|
где Δt ср = 
(10.8)
| t1вх |
| tвых1 |
| Воздух греющий |
| Воздух нагреваемый |
| t2вх |
| tвых2 |
| t1вх |
| tвых1 |
| Воздух греющий |
| Воздух нагреваемый |
| t2вх |
| tвых2 |
Рис.10.4. Схема определения средней рабочей температуры Δt СР установки при прямотоке и противотоке
|
|
|
