- •Пермь 2014г Описание установки и ее работы
- •Лабораторная работа № 5.1. «Исследование работы кожухотрубчатого теплообменника при теплообмене в системе вода – воздух»
- •Порядок проведения работы
- •Обработка опытных данных и составление отчета
- •Определение коэффициента теплоотдачи от стенки к воздуху
- •Определение теоретического коэффициента теплопередачи
- •Определение опытного коэффициента теплопередачи
- •Лабораторная работа №5.2. «Изучение зависимости коэффициента теплопередачи (теплоотдачи) между системой вода-воздух от скорости движения жидкой среды».
- •Порядок проведения работы
- •Коэффициент объемного расширения газов (в интервале 0...100оС при давлении 101,3 кПа)
Обработка опытных данных и составление отчета
Расчет опытного коэффициента теплоотдачи от воды к стенке
Находим среднюю температуру воды.
tcр = (37,6 +37,0)/ 2 = 37,30С
Вычисляем площадь поперечного сечения трубного пространства на один ход, по которому движется вода:
,
где
dв = 0,014 – внутренний диаметр трубы, ; n = 28 – число труб на один ход.
м2
Определяем эквивалентный диаметр:
для труб круглого сечения
dэ = dв = 0,0043 м2 |
|
Находим скорость течения воды W (м/с).
W = L/f∙3600 = 0.025 м/с
По табл. 1. определяем динамическую вязкость = 0,0007 Па∙с и плотность воды= 993 кг/м3 при ее средней температуре.
Таблица 1 - Физические свойства воды при атмосферном давлении
Темпе-ратура, 0C |
Динамическая вязкость 103, Пас |
Плотность , кг/м3 |
Теплоем-кость с, |
Коэффициент теплопроводности , Вт/(мК) |
Критерий Прандтля |
Коэффициент объемного расширения 105,1/К |
4 |
1,790 |
1000 |
4,210 |
0,552 |
13,700 |
0,500 |
10 |
1,310 |
1000 |
4,190 |
0,575 |
9,520 |
9 |
20 |
1,010 |
998 |
4,190 |
0,600 |
7,020 |
21 |
30 |
0,810 |
996 |
4,180 |
0,618 |
5,420 |
30 |
40 |
0,660 |
992 |
4,180 |
0,634 |
4,310 |
39 |
50 |
0,560 |
988 |
4,180 |
0,648 |
3,540 |
46 |
60 |
0,470 |
983 |
4,180 |
0,659 |
2,980 |
51,100 |
70 |
0,410 |
978 |
4,190 |
0,668 |
2,550 |
57 |
Вычисляем критерий Рейнольдса.
= 496,239
Находим критерий Нуссельта:
а) задаться температурой стенки (по согласованию с преподавателем):
tст= 37,14680 С
б) в зависимости от режима движения воды по табл. 1 находим коэффициент объемного расширения воды (1/К) при ее средней температуре:
= 0,00038 (1/К)
в) Определяем критерий Грасгофа:
= 3.154∙103
г) по таблице 2 определяем коэффициент l;
Таблица 2 – Значения коэффициента l
Re |
Коэффициент l при l / d | ||||
10 |
20 |
30 |
40 |
50 и более | |
До10000 |
1,28 |
1,13 |
1,07 |
1,03 |
1 |
10000 |
1,23 |
1,13 |
1,07 |
1,03 |
1 |
20000 |
1,18 |
1,10 |
1,05 |
1,02 |
1 |
50000 |
1,13 |
1,08 |
1,04 |
1,02 |
1 |
100000 |
1,10 |
1,06 |
1,03 |
1,02 |
1 |
где l /d – отношение длины трубы к ее внутреннему диаметру.
l = 1
д) по табл. 1 находим два критерия Прандтля для воды: при средней температуре воды и при температуре стенки:
Pr = 4.5
Prcт = 5,5
е) вычисляем критерий Нуссельта:
Nu = 0,15 lRe0,33Pr0,43Gr0,1(Pr/Prст)0,25= 5.419
Определяем коэффициент теплоотдачи от воды к стенке (Вт/(м2с):
|
= 239,976 Вт/(м2с). |
|
Значение коэффициента теплопроводности воды находим по табл. 1 при средней температуре воды.
Определение коэффициента теплоотдачи от стенки к воздуху
Находим среднюю температуру воздуха.
tcр = (26,3 +31,6)/ 2 = 28,950С
Определяем площадь сечения межтрубного пространства F(м2), по которому движется воздух.
F =((dк.вн)2 ∙π/4) - 28∙((dтр)2 ∙π/4) = 0,013 м2
Вычисляем расход воздуха при средней температуре (м3/ч):
= 173,464 м3/ч
где
Т – средняя температура воздуха, К;
V0 – расход воздуха (при комнатной температуре t), м3/ч.
Находим скорость воздуха w (м/с):
w = V0/F∙3600 = 3.639 м/с
Рассчитываем плотность воздуха при его средней температуре (кг/м3):
|
= 1,166 кг/м3 |
| |
где |
0 - плотность воздуха при нормальных условиях, 0 = 1,29 кг/м3. |
По табл. 3 определить динамическую вязкость воздуха при его средней температуре.
Таблица 3 - Физические свойства воздуха при атмосферном давлении
Температура, 0С |
Динамический коэффициент вязкость 106, Пас |
Коэффициент теплопроводности , Вт/(мК) |
Теплоемкость Ср, Дж/(м3К) |
0 |
17 |
0,0244 |
1287 |
50 |
19 |
0,0280 |
1300 |
100 |
21,5 |
0,0326 |
1310 |
150 |
24 |
0,0361 |
1323 |
200 |
26 |
0,0396 |
1335 |
= 18∙10 -6 Па∙с
Вычислить критерий Рейнольдса, характеризующий режим течения газа:
= 6592
По соответствующему критериальному уравнению находим критерий Нуссельта:
Nu = 0,018ε1 Re 0,8= 20,441
Определить коэффициент теплоотдачи от воздуха к стенке (Вт/(м2К):
|
= 18,646 |
| |
|
=0,028 м |
| |
где |
D – внутренний диаметр кожуха, м; | ||
–общее число труб; - наружный диаметр труб,м. |
Значение коэффициента теплопроводности воздуха находится по табл. 3. при средней температуре воздуха.