2. Методика проведення випробування

Випробування проводять на експериментальній установці теплообмінника типу "труба в трубі".

Знімають значення температури на лінії гарячої води (t_1н і t_1к) при різних режимах руху рідини і напрямах потоку.

2. Знімають значення температури на лінії холодної води при різних режимах руху рідини (t_2н до t_2к).

3. Експериментальні дані заносять в протокол спостережень 1.

Напрямок руху потоку	V,м^3	τ,с	u, м/с	Re	режим	t^н1, °С	t1, °С	t^н2, °С	t^к2, °С
прямотечія
протитечія

3. Обробка експериментальних даних

1. Визначення середньої рушійної сили теплообміну.

Для визначення значень Δt_б і Δt_м використовуємо графік зміни температури на рис.1, а і б - прямотечія і протитечія без зміни агрегатного стану теплоносіїв.

2. Оцінка переваги середньої рушійної сили теплообміну між прямотечією і протитечією згідно обробки експериментальних даних за п.1.

3. Визначення втрати енергії на подолання опору тертя в прямих каналах.

4. Визначення втрати енергії на подолання місцевих опорів.

5. Визначення загальної втрати енергії при русі потоків в апараті.

4. Контрольні питання

1. Середня рушійна сила теплових процесів.

2. В яких випадках приймають протитечію і прямотечію в процесі теплообміну?

3. Графіки зміни температури потоків в процесі теплообміну.

4. Втрати енергії за довжиною трубопроводу і на місцеві опори.

Лабораторна робота №7

Визначення температурних втрат і температурИ кипіння розчину

Мета роботи: Визначення температурних втрат і температури кипіння розчину для оцінки рушійної сили процесу випаровування.

1. Загальні положення

У випарному апараті виникають температурні втрати, загальна величина яких складається з температурної депресії Δ^/, гідростатичної депресії Δ" і гідравлічної депресії Δ'".

Температурна депресія Δ^/ рівна різниці між температурою кипіння розчину і температурою кипіння чистого розчинника при однаковому тиску.

Розглянемо, як приклад, розрахунок Δ^/ за допомогою емпіричного правила Бабо, згідно якому відношення тиску пари (р₁/р₂) над розбавленим розчином даної концентрації є величина постійна, не залежно від температури кипіння розчину, тобто

(1)

де р₁ і р₂ - тиск пари відповідно розчинника і розчину.

Знаючи температуру кипіння t₂ розчину при деякому довільно узятому тиску р₂ знаходять (за таблицями насиченої водяної пари) тиск пари чистого розчинника (води) р₂ при тій же температурі і розраховують константу К користуючись залежністю (1). За тим же рівнянням визначають для заданого тиску р₂^/ над розчином (у випарному апараті) тиск пари р₁ чистого розчинника і знаходять за таблицями відповідну йому температуру t₂^/, яка і буде температурою кипіння розчину при заданому тиску. Оскільки температура чистого розчинника при цьому тиску відома, то температурна депресія складає:

Довідникові значення температурної депресії звичайно приводяться при атмосферному тиску. Величину Δ^/ при будь-кому тиску можна отримати, користуючись рівнянням И.Л.Тищенко:

де Δ_атм^/ - температурна депресія при атмосферному тиску ⁰С;

Т, r- температура кипіння чистого розчинника (в ⁰К) і його теплота випаровування (в кДж/кг) при даному тиску.

Рівняння застосовується тільки до розбавлених розчинів.

Депресія Δ^/ обумовлена тим, що деяка частина висоти кип'ятильних труб випарного апарату заповнена рідиною, над якою знаходиться паро-рідинна емульсія; вміст пари в ній різко зростає у напрямку до верхньої кромки труб.

В першому наближенні розрахунок Δ^/ можливий на основі визначення температури кипіння в середньому поперечному перетині кип'ятильної труби. Для цього знаходять тиск р в даному перетині, рівний сумі тиску вторинної пари р_вт.п. та гідростатичного тиску Δр_ср стовпа рідини на середині висоти Н труби:

де ρ - середня густина рідини, що заповнює трубку.

Допускаючи, що величина р рівна половині густини чистого розчину (без присутності бульбашкив пари), тобто ρ = ρ_ж/2, отримують

За тиском р за допомогою таблиць насиченої водяної пари знаходять температуру води t_в, відповідну даному тиску. Різниця між температурою t_в і температурою вторинної пари Т^/ визначає величину гідростатичної депресії:

Для вертикальних апаратів з циркуляцією випаровуваного розчину величина Δ^/ може бути прийнята в межах 1 - 3⁰С.

Гідравлічна депресія обумовлена гідравлічними опорами (тертя і місцевими опорами), які повинна подолати вторинна пара при його русі головним чином через пристрої сепарацій і паропроводи. Викликане цим зменшення тиску вторинної пари приводить до деякого зниження його температури насичення.

Підвищення температури кипіння розчину, обумовлене гідравлічною депресією, звичайно коливається в межах 0,5 - 1,5 ⁰С.

Температура кипіння розчину з урахуванням температурних втрат, обумовлених температурній Δ^/ і гідростатичній Δ^// депресіями, складає:

де Т - температура вторинної пари ⁰С

Випаровуванням називається концентрація розчинів практично нелетких речовин або слабколетких речовин в рідких летючих розчинниках.

Отримання висококонцентрованих розчинів, практично сухих і кристалічних продуктів, полегшує і здешевлює їх перевезення і зберігання.

Тепло для випаровування можна підводити будь-якими теплоносіями, вживаними при нагрівання. Проте в переважній більшості випадків як гріючий агент при випаровуванні використовують водяну пару, яку називають гріючою, або первинною.

Пара, що утворюється при випаровування киплячого розчину, називається вторинною.

Процеси випаровування проводять під вакуумом - при надлишковому і атмосферному тиску. Вибір тиску пов'язаний з властивостями розчину, що випаровують і можливістю використовування тепла вторинної пари.

Випаровування під вакуумом має певні переваги перед випаровуванням при атмосферному тиску, оскільки проводиться процес при більш низьких температурах.

Кипіння рідин

При нагріванні до температури кипіння прикордонний шар рідини біля стінки порушується - на найдрібніших нерівностях стінки, що передає тепло, утворюються бульбашки пари. Величина, форма і число бульбашок залежать від кількості тепла, шорсткості і чистоти поверхні нагріву, а також від здатності рідини змочувати цю поверхню.

Досягнувши певної величини, бульбашки підіймаються до поверхні киплячої рідини. Під час підйому вони збільшуються в об'ємі внаслідок випаровування рідини всередину бульбашки. Таким чином, процес перенесення тепла при кипіння складається з віддачі тепла рідини стінкою і передачі тепла внутрішньої поверхні пухирця у вигляді теплоти випаровування. При цьому необхідно подолати термічний опір тонкого прикордонного шару рідини на межі пухирець - рідина, тобто мати температуру вище за температуру пухирця. В результаті рідина дещо перегрівається щодо температури насичення пари над поверхнею киплячої рідини.

Вогнища утворення дрібних бульбашок в дрібніючі горбики на твердій поверхні, частинки забруднення і т.п. носять назву центрів паротворення. Інтенсивність утворення бульбашок зростає до деякої межі із збільшенням різниці температур між стінкою і киплячою рідиною (Δt=t_ст-t_кип). Із зростанням Δt збільшується густина теплового потоку q, тобто кількість тепла, що передається рідині в одиницю часу одиницею поверхні стінки. Виникаюче при цьому перемішування рідини, обумовлене зростанням, відривом і спливанням бульбашок, призводить до збільшення коефіцієнта тепловіддачі α (рис.1)

Цій області на рис.1 відповідає режим пузирчастого, або ядерного кипіння, що характеризується відносно високою інтенсивністю тепловіддачі.

Проте при подальшому збільшення Δt число центрів паротворення зростає настільки, що відбувається злиття бульбашок пари і поверхня нагріву покривається плівкою перегрітої пари, яка погано проводить тепло. Не дивлячись на те що, ця плівка не стабільна, її утворення, приводить до значного падіння величини. Відповідний режим, що зображається на рис.1 правою низхідною гілкою кривої d=f(∆t), носить назву плівкового кипіння.