ИСПЫТАНИЕ КОЖУХОТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

Подготовил:

Студент III курса

Проверил:

Дзержинск, 2010

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомление с принципом работы кожухотрубчатого теплообменника, методикой составления уравнений теплового баланса, а также экспериментальное определение движущей силы процесса, коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи.

ОПИСАНИЕ СХЕМЫ УСТАНОВКИ

Установка состоит из двухходового вертикального кожухотрубчатого теплообменника 1, нагревателя воды 2, циркуляционного насоса 3, контрольно – измерительных приборов: ротаметров горячей 4 и холодной 5 воды, прибора контроля и записи температуры 6, термометров сопротивления 7, вентилей регулирования расхода горячей 8 и холодной 9 воды.

Теплообменный аппарат имеет следующие характеристики:

Поверхность теплообмена F=0,46м²

Число ходов по трубам z=2

Общее число трубок n_t=14

Наружный диаметр трубок d_н=14мм

Внутренний диаметр трубок d_в=12мм

Площадь сечения трубного пространства S_тр=7,9*10^-4м²

Площадь сечения межтрубного пространства S_м.тр=1,35*10^-3м²

Длина трубок L=0,8м

Число сегментных перегородок n=9

Материал трубок сталь 12Х18Н10Т

Показания прибора для контроля температуры следующие:

Точка 1 – вход горячей воды;

Точка 2 – выход горячей воды;

Точка 3 – вход холодной воды;

Точка 4 – выход холодной воды.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Перед началом работы включают нагревательный прибор 2 и циркуляционный насос 3, прогревают измерительный прибор 6, для чего включают его в розетку 220 В, и нажимают тумблер «прибор вкл. ».

С помощью вентилей 8 и 9 устанавливают заданные преподавателем расходы горячей и холодной воды по ротаметрам 4 и 5. Включают на измерительном приборе 6 тумблер «диаграмма вкл. ». После выхода теплообменной установки на стационарный режим снимают температурные показания в точках 1 – 4, для чего на приборе 6 нажимается кнопка, соответствующая номеру точки замера.

По окончанию измерений последовательно выключают прибор 6, закрываются вентили 8 и 9, отключается питание нагревателя 2 и насоса 3.

В таблицу заносится объёмные расходы горячей и холодной воды, определяемые по числу делений ротаметров и тарировочным графикам, и снятые с диаграммы прибора 6 показания начальных и конечных температур теплоносителей.

Экспериментальные данные и расчетные величины

Расчеты.

Определение расхода теплоноситлей в кг/ч:

G=v*ρ

t^г_ср=74⁰С=347К ρ_г=972 кг/м³

G_г=972кг/м³*1,2м³/ч=1166,4кг/ч

t^х_ср=33,5⁰С=306,5К ρ_г=992 кг/м³

G_х=1190,4 кг/ч

Расчет тепловой нагрузки:

Q_г= G_г*с_в*( t^г_н- t^г_к)

с_в=4190 Дж/(кг*К)

Q_г=0,324кг/с*4190Дж/(кг*К)*(351К -343К)=10860,48Вт

Q_х= G_х*с_в*( t^х_к- t^х_н)

Q_х=8947,98Вт

Расчет потери тепла в окружающую среду:

Q_п= Q_г- Q_х=10860,48 Вт-8947,98 Вт=1912,5 Вт

Определение опытного коэффициента теплопередачи:

К₀= Q_г/F*∆ t_ср

F=0,46м²

∆ t_ср= (∆ t_б+∆ t_м)/2

∆ t_б= t^г_к- t^х_н=343К -294=49К

∆ t_м= t^г_н- t^х_к=351К-319К =32К

∆ t_ср=(49К+32К)/2=40,5К

К₀=10860,48Вт/0,46м²*40,5К =582,96 Вт/(м²*К)

Расчет критерия Рейнольдса:

Re_г=ωρd_в/μ

ω= v/s

d_в=0,012м

S_тр=7,9*10^-4=0,00079м²

μ_г=284,9*10^-3Па*с=0,0002849 Па*с

Re_г=0,42м/c*972кг/м³*0,012м/0,2849*10^-3Па*с=17195,1

Re_х= ωρd_н/μ

d_н=0,014м

S_м.тр.= 1,35*10^-3м²=0,00135 м²

μ_х=0,7523*10^-3=0,0007523 Па*с

Re_х=1181,5

Расчет критерия Прандтля:

Pr_г=cμ/λ

λ_г=0,66291Вт/м*К

μ_г=0,2849*10^-3Па*с=0,0002849 Па*с

c_г=4,19кДж/кг*К=4190Дж/кг*К

Pr_г=4190*0,2849*10^-3/0,66291 Вт/(м*к)=1,8

Pr_х=cμ/λ

λ_х=0,62 Вт/м*К

μ_х= 0,7523*10^-3Па*с

c_х=4,19 кДж/кг*К=4190Дж/кг*К

Pr_х=5,08

Расчет критерия Нуссельта:

Nu_г=0,023*Re^0,8*Pr^0,43, т.к. 2300< Re >10⁴

Nu_г=0,023*(17195)^0,8*(1,8)^0,43*1=72,4

Nu_х=0,24*Re^0,6*Pr^0,36*1, т.к. Re>1000

Nu_х=30

Расчет коэффициента теплоотдачи со стороны трубного пространства:

α₁= Nu_г*λ/d

α₁=3999,557 Вт/(м²*К)

Расчет коэффициента теплоотдачи со стороны межтрубного пространства:

α₂= Nu_х*λ/d

α₂=30*0,62 Вт/(м*К)/0,014м=1328,6Вт/(м²*К)

К_р=1/(1/ α₁+δ_ст/λ_ст+Σr+1/ α₂)

δ_ст=d_н-d_в=0,002м

λ_ст=46,5 Вт/м*К

К_р=1/(1/3999,557+0,002/46,5+1/1328,6)=1/(0,000250027+0,00004301 +0,000752671)= 958,77Вт/(м²*К)

Для уточнения численных значений коэффициентов теплопередачи определим величину критерия Прандтля при температуре стенки.

Определение температуры стенок:

t_ст1= t^г_ср- К_р*∆ t_ср/ α₁=347-(958,77*40,5/3999,557)=337=64⁰С

t_ст2= t^х_ср +К_р*∆ t_ср/ α₂=306,5+(958,77*40,5/1328,6)=336К=63⁰С

Определение числа Pr_ст и значение множетеля ( Pr/ Pr_ст)^0,25:

Pr_ст1=4,3

Pr_ст2=4,41

( Pr/ Pr_ст)^0,25=(6,022/4,41)^0,25=1,08

тогда

Nu_х=0,24*Re^0,6*Pr^0,36*( Pr/ Pr_ст)^0,25=33,982

откуда

α₂= Nu_х*λ/d=1470,085Вт/(м²*К)

Наиболее точное значение:

К_р=1/(1/2619,386+0,002/46,5+1/1470,085)=1/(0,000381+0,000043+0,00068)= 961,538Вт/(м²*К)

Расчет погрешности:

∆= (К_р- К₀)/ К_р*100%

∆=(961,538-1293,378)/961,538 *100%=34,5%

Вывод: мы ознакомились с принципом работы кожухотрубчатого теплообменника, методики составления уравнений теплового баланса, а также экспериментального определение движущей силы процесса, коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи.

Вывод: мы ознакомились с принципом работы кожухотрубчатого теплообменника, методики составления уравнений теплового баланса, а также экспериментального определение движущей силы процесса, коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи.

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 315; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!