 |
Исследование теплогидравлических характеристик теплопередающих поверхностей теплообменных аппаратов
|
|
|
|
Цель работы:
1. Изучение методов исследования теплогидравлических характеристик теплопередающих поверхностей и теплообменных элементов.
2. Приобретение практических навыков при проведении экспериментальных исследований.
3. Изучение методики и получение экспериментальных значений критериев Нуссельта, коэффициентов теплоотдачи, коэффициентов сопротивления по длине, потерь давления.
Проведение научных экспериментов при исследовании различных объектов и процессов связано с большим объемом измерений различных физических величин и технологических параметров. Это требует создания специальных автоматизированных технических средств измерения – измерительно-вычислительных комплексов (ИВК), способных осуществлять функции получения, сбора, накопления и обработки измерительной информации, выработки при необходимости команд управления оборудованием и представление результатов эксперимента исследователю. Неотъемлемой частью ИВК является информационно-измерительная система (ИИС), которая имеет параллельно-последовательную структуру действия и состоит из следующих элементов: датчиков и схем измерения, аналого-цифровых преобразователей (АЦП), ЭВМ и цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП).
На рис. 2.1 представлен экспериментальный стенд, предназначенный для проведения исследований теплопередающих поверхностей и теплообменных элементов и определения их теплогидравлических характеристик для давлений до 20 атмосфер.
Воздух поступает в компрессор 1, где сжимается в первой ступени до давления 0,447 МПа и во второй ступени до 2 МПа. Затем сжатый газ собирается в ресивере высокого давления 5, оборудованный образцовым манометром, для измерения давления и предохранительным клапаном 4, который срабатывает при 2,1 МПа. После набора необходимого давления в ресивере необходимо выключить компрессор и закрыть вентиль 2. Из ресивера сжатый воздух попадает в нагреватель 6. В нагревателе воздух нагревается до задаваемой температуры. Изменение требуемого температурного уровня реализуется при помощи реостата изменением сопротивления обмотки. Далее нагретый воздух попадает в теплообменный пакет 7, в котором установлены исследуемые теплопередающие поверхности или теплообменные элементы, например на базе пластинчато-ребристой конструкции (рис. 1.5). Для оценки изменений термодинамических параметров сжатого воздуха на входе и выходе из теплообменного пакета размещены датчики давления и термопары. После произведения необходимых измерений воздух выравнивается в ресивере низкого давления 8, и выходит в атмосферу через расходомер 10.
|
|
|
Рис. 2.1. Экспериментальный стенд для исследования теплопередающих поверхностей и теплообменных элементов
Важным элементом стенда является теплообменный пакет 7, который состоит из основного корпуса, двух подводящих, двух отводящих коллекторов (рис. 2.2а) с участками гидродинамической стабилизации (рис. 2.3).
а)
б)
Рис. 2.2. Вид сверху и разрез теплообменного пакета
Исследуемые поверхности размещаются в основном корпусе в его центральной зоне (рис. 2.3) между двух горизонтальных плит, выполненных из металла и двух текстолитовых пластин (рис. 2.2б). Соединение частей пакета осуществляется при помощи шпилек.
Рис. 2.3. Расположение исследуемой теплопередающей поверхности
Измерительные приборы
Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне.
Обычно измерительный прибор содержит устройство индикации для преобразования измеряемой величины в форму, доступную для непосредственного восприятия наблюдателем. Измерительные приборы различаются:
|
|
|
– на показывающие и регистрирующие;
– интегрирующие и суммирующие;
– приборы прямого действия и приборы сравнения.
Приборы, измеряющие давление
Манометр – прибор, предназначенный для измерения давления или разности давлений жидкостей и газов. Действие манометра основано на зависимости ряда физических параметров от давления.
Датчики давления – устройства, физические параметры которых изменяются в зависимости от давления. В датчиках давление преобразуется в электрический, пневматический, цветовой или другой сигнал.
Дифференциальный манометр – манометр, предназначенный для измерения разности двух давлений.
Для измерения давления в рамках экспериментального стенда используются:
– на ресивере высокого давления (позиция 5 рис. 2.1) располагается манометр образцовый (МО-11202) (позиция 3 рис. 2.1) 40 кгс/см2 или 3,92 МПа [1];
| Манометры деформационные образцовые пред-назначены для проверки рабочих манометров. Приборы выпускаются по ТУ 25-05-1664-74. Шкала прибора: 100 условных единиц – для класса точности 0,4; диаметр корпуса 160 мм. Цена деления – 1 условная единица. Температура окружающего воздуха – от 5 до 40 ºС, относи-тельная влажность 80 % при t=25 ºC. |
Класс точности средства измерений – обобщенная характеристика средства измерений, выражаемая пределами его допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность;
– на ресивере низкого давления (позиция 8 рис. 2.1) располагается манометр (позиция 9 рис. 2.1) БДС 0–16 кг/см2 или 0–1,569 МПа;
– на входе и выходе из теплообменного пакета (позиция 7 рис. 2.1) располагаются датчики давления (позиция 11 рис. 2.1) по типу тензопреобразователь ДД2,5 М-1. Данные тензопреобразователи предназначены
| для пропорционального преобразования давления в электрический сигнал. Верхние пределы давлений: 0,6; 1; 2,5; 6; 10; 16;25;40; 60; 100 МПа. Диапазон рабочих температур - от -50 до +80 °С. Группа 1: сопротивление моста - (3,25 ± 0,25) кОм, питание - постоянный ток 2 мА. Группа 2: сопротивление моста - (4,5 ± 0,35) кОм, питание -постоянный ток 1,5 мА. Начальное значение выходного сигнала - ±15 мВ. Диапазон при номинальной нагрузке Uд - 170-370 мВ (для Д0,6 и Д0,1); 270-440 мВ (для остальных). Нелинейность выходного сигнала - 0,2 % Uд. Вариация выходного сигнала - 0,1 % Uд. Присоединительная резьба - М12х1,25-8g. Габариты - не более 20х35,5 мм. Масса - не более 19 г. Защита корпуса - 1РОО. |
|
|
|
Приборы, измеряющие расход
Расходомер – прибор для измерения расхода жидкости или газа.
Массовый расходомер – расходомер, измеряющий массовый расход жидкости или газа.
Объемный расходомер – расходомер, измеряющий объемный расход жидкости или газа.
Ротаметр – расходомер постоянного перепада давления с поплавком, перемещающимся внутри измерительной трубки, имеющей переменную площадь сечения по высоте.
Для измерения расхода в рамках экспериментального стенда используется ротаметр типа РМ (позиция 10 рис. 2.1), расположенный после ресивера низкого давления.
| Ротаметры типа РМ, ГОСТ 13045-81 предназначены для измерения объемного расхода плавноменяющихся однородных потоков чистых и слабозагрязненных жидкостей и газов с дисперсными включениями инородных частиц. Температура измеряемой среды, (°С) +5...+50 Температура окружающего воздуха, (°С) +5...+50 Рабочеедавление. (кгс/см2) – 6. Погрешность измерения 2,5-4% от верхнего предела. |
Приборы, измеряющие температуру
Для измерения температуры выбирается некоторый термодинамический параметр термометрического вещества. Изменение этого параметра однозначно связывается с изменением температуры.
Термопара – термочувствительный элемент в измерительных и преобразовательных устройствах. Термопара состоит из двух последовательно соединенных разнородных проводников. Принцип действия термопары основан на измерении термоЭДС, возникающей в месте контакта проводников при наличии разности температур.
Для измерения температуры в рамках экспериментального стенда используются термопары (позиция 12 рис. 2.1), расположенные на входе и выходе из теплообменного пакета (позиция 7 рис. 2.1).
|
|
|
