Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Испытание кожухотрубных теплообиенников

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 5Следующая ⇒

Цель работы: I. Определение коэффициента теплопередачи по

данным испытаний расчета.

2. Составление теплового баланса теплообменник

и определение потери тепла в окружающую среду

по результатам испытаний.

I.Теоретическая часть.

На предприятии пищевой промышленности одним из наиболее распространенных является тепловая обработка продуктов.

В зависимости от характера и цели технологического процесса тепловая обработка должна обеспечивать: поддержание температуры продукта на определенном уровне, нагревание холодного и охлаждение горячего продукта, замораживание продукта и т.д.

Все эти процессы связаны с передачей тепла обрабатываемого продукта или с отводом от него тепла, т.е. с теплообменом.

Аппараты, основным назначением которых является теплообмен между вещества, называют теплообменниками.

Вещества, участвующие в теплообмене, называются теплоносителями. Теплоноситель, который во время процесса отдает тепло, называется горячим теплоносителем (теплоотдатчиком). Теплоноситель, который получает в аппарате, называется холодным теплоносителем (теплоприемником).

Основным признаком классификации теплообменников является способ передачи тепла в аппарате. По этому признаку различают

рекуперативные, регенеративные и смесительные теплообменник аппараты.

Подавляющее большинство теплообменников, применяемых в пищевой промышленности, являются рекуперативными теплообменниками, в которых оба теплоносителя присутствуют одновременно и тепло передается через стенку, разделяющую их.

В зависимости от конфигурации поверхности нагрева реферативные теплообменные аппараты могут быть трубчатыми, пластинчатыми, спиральными и др. Широкое распространение получили трубчатые аппараты, к ним относятся кожухотрубные, змеевиковые, аппараты типа "Труба в трубе" и др. зависимости от назначения аппарата различают: подогреватели, холодильники, испарители, конденсаторы.

Расчетными уравнениями является уравнения теплового баланса и основное уравнение теплопередачи.

Уравнение теплового баланса имеет вид:

/1/

где: - соответственно количество горячего и холодного теплоносителя, проходящих через аппарат за единицу времени, кг/с;

- соответственно удельная теплоемкость горячего и

холодного теплоносителей, Дж/(кг * К);

- соответственно начальная и конечная температура

горячего теплоносителя, °С;

- соответственно начальная и конечная температура холодного теплоносителя, °С;

- потери тепла в окружающую среду за единицу времени, Вт;

Основное уравнение теплопередачи:

/2/

где: Q - количество передаваемой теплоты, Вт;

F - поверхность теплообмена, м²;

- разность температур между нагреваемой средой греющим агентом, или температурный напор, °С;

K - коэффициент теплопередачи. Вт/(м²К);

/3/

где - коэффициент теплообмена, Вт/(м²К);

- коэффициент теплопроводности и толщина стенки трубы.

При вынужденном движении теплоносителя коэффициент теплоотдачи определяется из критериального уравнения, имеющего вид:

Для расчета выбирают критериальное уравнение в зависимости от режима движения теплоносителя в аппарате.

Для теплоносители внутри прямых вертикальных труб при ламинарном режиме (Re < 2300):

/4/

При переходном режиме (2300< Re <10⁴)

/5/

При турбулентном режиме (Re>10⁴)

/6/

В этих формулах:

- критерий Рейнольдса;

Pr = - критерий Прандтла;

Gr = - критерий Грасгофа.

Где ω - скорость движения в аппарате, м/с;

d_э - определительный размер аппарата, м;

ν - кинематический коэффициент вязкости, м²/с;

a - коэффициент теплопроводности, м/с;

β - коэффициент объемного расширения, I/K;

Δt - разность температур теплоносителя и поверхности
нагрева, К.

или

где - средние температуры горячего и холодного

теплоносителя, К;

- температура поверхности нагрева со стороны горячего и холодного теплоносителей, К.

Определяемые из уравнения теплого баланса:

где q - количество передаваемого тепла, Вт/м²

α₁,α₂ - коэффициенты теплоотдачи от горячего теплоносителя

к поверхности нагреве к от поверхности нагрева холодного

теплоносителя.

- коэффициент теплопроводности поверхности нагрева

(стенки).

- критерий Нуссельта, характеризующий

интенсивность теплообмена.

где α- коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²К)

λ-коэффициент теплопроводности теплоносителя, Вт/(м²К)

По приведенным формулам /4/, /5/ и /6/ подсчитывают значения критериев, а затем по выбранному в зависимости от режима движения критериального уравнения определяют критерий Нуссельта.

По найденному значению критерия Нуссельта рассчитывают коэффициент теплоотдачи:

На схеме показаны графики изменения температур теплоносителей

Прямоток Противоток

Большая Δt_б и меньшая Δt_m температурные разности находим по схеме – при прямотоке:Δt_б= ;

При противотоке: .

Средний температурный напор теплообменников:

/7/

При линейном характере изменения температур теплоносителей и при с достаточной степенью точности можно рассчитать среднее арифметическое значение:

2. Описание установки и выполнение работы.

Теплообменник типа "труба в трубе" состоит из трех последовательно соединенных элементов.

Каждый элемент состоит из внутренней трубы (I) диаметром

22х3,5 мм и концентрически расположенной внешней трубы (2) диаметром 42х5 мм.

Выполнение работы:

I. Опустить концы шлангов выхода горячей и холодной воды в

слив.

2. Открыть вентили подачи горячий и холодной воды /6, 7/,

1. По достижению постоянных показаний термометров (процесс

2. установившейся) производится замер расхода теплоносителей.
Для этого секундомером замеряется время, за которое,

3. наполняется мерный цилиндр емкостью I литр отдельно для

4. горячей и холодной воды.

5. По окончании замеров закрыть вентили.

Холодный и горячий теплоносители движутся вдоль поверхности теплообмена в одном направлении, т.е. прямотоком. Замер температур холодной вода производится термометрами №5 на входе и №9 на выходе, для горячей воды соответственно № 8 на входе и №10 на выходе из аппарата.

Данные опыта свести в таблицу.

№ замеров

Горячая вода

Холодная вода

Время наполнения горячей воды

Время наполнения холодной воды

Кол-во горячей воды

Кол-во холодной воды

I. 2. 3. 4.

З. Обработка результатов испытания.

I. Средняя температура потоков горячей и холодной воды

°C; °C.

2. Из приложения I выписываем значение физических параметров

каждого теплоносителя по их средним температурам

1. Объемный расход каждого теплоносителя.

2. м³/с.

3. Массовый расход каждого теплоносителя

G=V·ρ, кг/с.

5. Тепловая нагрузка горячего теплоносителя

Вт

6. Тепловая нагрузка холодного теплоносителя

Вт

7. Тепловой баланс аппарата

Отсюда потери тепла аппаратом в окружающую среду

8. Определение коэффициента теплопередачи по результатам испытаний из уравнения теплопередачи (2)

где d -расчетный диаметр, м;

d_н- наружный диаметр внутренней

трубы теплообменника, м;

d_вн- внутренний диаметр наружной трубы

теплообменника, м;

l- длина одного элемента

теплообменника, м;

z- число элементов /z=3/

d_H= 20 мм; d_вн=28мм.

d₁= 15 мм.

4. Теоретический расчет коэффициента теплопередачи.

I. Определение коэффициента теплоотдачи () от горячего теплоносителя к поверхности теплообменника:

I.I. Скорость движения горячего теплоносителя

, где м²

- внутренний диаметр внутренней трубы, м.

I.2. Критерий Рейнольдса:

I.3. По найденному значению критерия Рейнольдса определяем режим движения горячего теплоносителя и выбираем соответствующее расчетное уравнение (4, 5, 6) для вычисления значения критерия Nu

1.4. По найденному значению критерия Рейнольдса определяем коэффициент теплоотдачи: