4. Последовательность выполнения работы
Записать показания датчиков температуры по объему бака.
Замерить диаметр намороженного льда на верхних трех трубках.
Открыть кран горячего водоснабжения, установить расход и температуру отепленной воды по указанию преподавателя. Расход определяется следующим образом. На расходомере 1 оборот маленькой стрелки соответствует 0,0001 м3. По секундомеру засечь за какое время стрелка сделает один оборот и 0,0001 разделить на эти показания.
Через каждые 10 минут записывать показания датчиков температуры и диаметр намороженного льда. Данные заносить в таблицу 1. Показания снимать пока весь лед на трубках не растает.
Таблица 1
Время, мин |
Показания датчиков температуры, 0С |
Диаметр намороженного льда dл, мм | |||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
1 тр |
2тр |
3тр | |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. Обработка результатов
Рисунок 2. К расчету процесса теплопередачи
1. Определить толщину намороженного льда:
,
где dтр = 16 мм диаметр трубок испарителя.
Полученные данные заносят в таблицу 2.
Таблица 2
Время, мин |
Толщина льда δл, мм |
Коэффициент теплоотдачи α1, Вт/(м2·К) |
Коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2·К) | ||||||
1 тр |
2 тр |
3 тр |
1 тр |
2 тр |
3 тр |
1 тр |
2тр |
3 тр | |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Определение коэффициента теплоотдачи от воды ко льду α1.
а) определим режим течения воды
,
где G = V·ρ – массовый расход воды, кг/с;
V – объемный расход воды, определенный по расходомеру, м3/с;
ρ – плотность воды при ее средней температуре для данного замера, кг/м3 (приложение);
dл.ср – диаметр намороженного льда, средний для трех трубок для данного замера, м;
n = 9 число трубок испарителя;
μ – динамический коэффициент вязкости воды при средней температуре воды для данного замера, Па·с (приложение).
Ввиду малого значения числа Рейнольдса считаем, что процесс приходит в условиях естественной конвекции. Для пучка горизонтальных труб формула для определения числа Нуссельта имеет вид:
Nu = 0,5(Gr·Pr)0,25(Pr/Prст)0,25,
определяющая температура – температура воды, определяющий размер – диаметр намороженного льда; числа Nu и Gr рассчитываются для каждой трубы;
Prст – число Прандтля для воды при температуре стенки трубы, которая равна температуре кипения хладагента tст = - 10 0С, Prст = 14.
Число Грасгофа
,
где g = 10 м/с2 – ускорение силы тяжести;
ρ, μ, β – плотность, динамическая вязкость, коэффициент объемного расширения воды соответственно при средней температуре воды для данного замера (приложение);
tв – температура воды в баке, средняя по показаниям датчиков температуры на данный момент времени;
tст – температура стенки трубы.
Число Прандтля находим по приложению.
После определения числа Нуссельта находим коэффициент теплоотдачи α1:
,
где λ – коэффициент теплопроводности воды при определяющей температуре (приложение).
3. Коэффициент теплопередачи:
,
где δм = 1,5 мм – толщина стенки трубы;
δл – толщина льда, м;
λм = 384 Вт/(м·К) – коэффициент теплопроводности меди;
λл = 2,33 Вт/(м·К) – коэффициент теплопроводности льда;
α2 = 173 Вт/(м2·К) - коэффициент теплоотдачи от стенки трубы испарителя к хладагенту.
Расчеты выполняются для каждого замера. Результаты расчетов заносятся в таблицу 2.
По результатам расчетов строятся графики для каждой трубы: 1) изменение коэффициента теплопередачи с течением времени К = f(τ); 2) изменение толщины льда с течением времени δл = f(τ).