3 Методика обработки опытных данных

Коэффициент теплопередачи определить по формуле:

где - количество тепла, которое передается от горячего теплоносителя к холодному, Вт.

- средний температурный напор, °С.

- величина рабочей поверхности,

Количество тепла, которое передается от горячего теплоносителя к холодному, может быть определено из уравнения теплового баланса:

где -расход горячего теплоносителя, ;

-расход холодного теплоносителя, ;

, – удельные теплоемкости теплоносителей при постоянном давлении, ;

- начальная и конечная температура горячего теплоносителя, ºС;

- начальная и конечная температура холодного теплоносителя, ºС;

- потери тепла в окружающую среду, Вт;

Исследуемый теплообменник выполнен с перекрестным током теплоносителей, поэтому среднюю разность температур теплоносителей определяют по формуле:

где – средний температурный напор для эквивалентного противотока (противотока с данными температурами теплоносителей).

– коэффициент пропорциональности.

Средний температурный напор для эквивалентного противотока определяется в зависимости от отношения большего и меньшего температурных напоров между рабочими жидкостями. Независимо от начала и конца рабочей поверхности через обозначают больший температурный напор, а через – меньший.

При средний температурный напор определяется по формуле среднего логарифмического температурного напора:

При средний температурный напор вычисляется по формуле среднеарифметического температурного напора:

Коэффициент пропорциональности определяется по номограмме (рис 1.2.) в зависимости от вспомогательных величин P и R:

Рисунок 1.2 График зависимости

Величина рабочей поверхности определяется по формуле:

где - внешний диаметр трубки змеевика, м;

- внутренний диаметр трубки змеевика, м;

- длина змеевика, м.

Для определенного по вышеперечисленным формулам коэффициента теплопередачи , построить график , где – скорость движения холодного теплоносителя, определяемая по формуле:

где - расход холодного теплоносителя, кг/с

– плотность холодного теплоносителя, определяемая из таблицы физических параметров воды на линии насыщения для средней температуры холодного теплоносителя .

– внутренний диаметр трубки змеевика

Таблица 1.2 Физические параметры воды на линии насыщения (учебные данные):

t,ºC	λ	p, бар	ρ, кг/м^3	Cp кДж/(кг*К)	ν*10^6, м^2/с	Pr
0	0,551
10	0,575	1,013	997,7	4,191	1,306	9,52
20	0,599	1,013	998,2	4,193	1,006	7,02
30	0,618	1,013	995,7	4,174	0,805	5,42
40	0,634	1,013	992,2	4,174	0,659	4,31
50	0,648	1,013	988,1	4,174	0,556	3,54
60	0,659	1,013	983,2	4,175	0,478	2,18
70	0,668	1,013	977,8	4,187	0,413	2,55
80	0,675	1,013	971,9	4,195	0,365	2,21

Для определения коэффициента теплопередачи необходимо воспользоваться формулой:

где -коэффициент теплоотдачи от греющего теплоносителя к разделительной стенке,

-толщина разделительной стенки, м;

-коэффициент теплопроводности материала разделительной стенки,

- коэффициент теплоотдачи от разделительной стенки к нагреваемой жидкости,

Определение коэффициентов теплоотдачи и возможно как опытным так и расчетным способом

1-й способ - опытный

Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке вычисляется по формуле:

где – средняя разность температур между горячей водой и стенкой.

– внутренний диаметр трубки змеевика

- длина трубки змеевика

Среднюю разность температур между горячей водой и стенкой определяют по формуле:

где - начальная и конечная температура горячего теплоносителя, ºС;

– среднеарифметическая температура стенки, ºC:

Коэффициент теплопроводности материала разделительной стенки принять равным = 390,

Коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой воде вычисляется по формуле:

где – средняя разность температур между нагреваемой водой и стенкой, ºС.

– внутренний диаметр трубки змеевика, м.

- длина трубки змеевика, м.

Средняя разность температур между стенкой и нагреваемой водой определяют по формуле:

где - начальная и конечная температура холодного теплоносителя, ºС;

– среднеарифметическая температура стенки, ºC.

2-й способ - расчетный

Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке вычисляется по формуле:

где – число Нуссельта для греющей жидкости

- коэффициент теплопроводности греющей жидкости, определяемый из таблицы физических свойств воды для средней температуры греющей жидкости.

- внешний диаметр трубки змеевика

Число Нуссельта для греющей воды, ввиду того, что скорость движения жидкости невелика, определяется по формуле:

где – критерий Рейнольдса греющей воды

- критерий Прандтля греющей воды, определяемый по таблице физических свойств воды для средней температуры греющей воды.

- критерий Прандтля, определяемый по таблице физических свойств воды для средней температуры стенки.

Критерий Рейнольдса греющей воды определяется по формуле:

где – скорость движения греющего теплоносителя, м/с

- внешний диаметр трубки змеевика, м

– кинематический коэффициент вязкости греющего теплоносителя, определяемый по таблице физических свойств воды для средней температуры греющего теплоносителя, .

Скорость движения греющего теплоносителя определяется по формуле, м/с:

где - расход греющего теплоносителя, кг/с

– плотность греющей воды, определяемая из таблицы физических параметров воды на линии насыщения для средней температуры холодного теплоносителя , .

– диаметр змеевика, м.

Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке вычисляется по формуле:

где – число Нуссельта для нагреваемой жидкости

- коэффициент теплопроводности нагреваемой жидкости, определяемый из таблицы физических свойств воды для средней температуры нагреваемой жидкости.

- внутренний диаметр трубки змеевика

Число Нуссельта для нагреваемой воды, ввиду того, что скорость движения жидкости велика, определяется по формуле:

где – критерий Рейнольдса нагреваемой воды

- критерий Прандтля нагреваемой воды, определяемый по таблице физических свойств воды для средней температуры нагреваемой воды.

– критерий Грасгофа для нагреваемой воды

- критерий Прандтля, определяемый по таблице физических свойств воды для средней температуры стенки.

Критерий Рейнольдса нагреваемой воды определяется по формуле:

где – скорость движения нагреваемого теплоносителя, м/c.

- внутренний диаметр трубки змеевика, м.

– кинематический коэффициент вязкости нагреваемого теплоносителя, определяемый по таблице физических свойств воды для средней температуры нагреваемого теплоносителя, .

Критерий Грасгофа для нагреваемой жидкости определяется по формуле:

где =9.81 – ускорение свободного падения,

– температурный коэффициент объемного расширения нагреваемого теплоносителя.

– среднелогарифмическая разность температур между нагреваемой жидкостью и стенкой, °С.

- внутренний диаметр трубки змеевика, м.

– кинематический коэффициент вязкости нагреваемого теплоносителя, определяемый по таблице физических свойств воды для средней температуры нагреваемого теплоносителя, .

Скорость движения нагреваемого теплоносителя определяется по формуле, м/с

где - расход холодного теплоносителя, кг/с

– плотность холодного теплоносителя, определяемая из таблицы физических параметров воды на линии насыщения для средней температуры холодного теплоносителя,

– внутренний диаметр трубки змеевика, м.

По полученным результатам построить график зависимости (для трех опытов).