4. Обробка експериментальних даних.

За експериментальними даними розраховують теплове навантаження Q i середню різницю температур ∆t_cep. За результатами замірів d та l розраховують теплопередаючу поверхню F.

Із основного рівняння теплопередачі виражають коефіцієнт теплопередачі К при прямотечії та протитечії.

5. Контрольні запитання.

1. Із яких основних частин складається кожухотрубний теплообмінник ?

2. Із чого складається загальний термічний опір ?

3. У чому різниця між коефіцієнтами тепловіддачі i теплопередачі ?

4. Як зв’язані критерій Нуссельта i коефіцієнт тепловіддачі ?

5. Як зв'язаний коефіцієнт теплопередачі з коефіцієнтами тепловіддачі?

6. Які способи передачі тепла вам відомі ?

7. Які види теплообмінників застосовуються у xiмічній промисловості?

8. У чому різниця між стаціонарними i нестаціонарними процесами ?

Лабораторна робота №6

Вивчення середнього температурного натиску теплообміну

Мета роботи:

1. Вивчення процесу теплообміну на діючих апаратах.

2. Визначення середнього температурного натиску при прямотечії, протитечії і виявлення переваги того або іншого потоку.

3. Визначення втрат тиску на подолання гідравлічних опорів в апаратах і виявлення залежності їх від швидкості руху рідини і числа ходів.

1. Основні положення

В безперервному процесі теплообміну при русі теплоносіїв вздовж поверхні нагріву, температура обох або одного з них змінюється. Характер її зміни залежить в основному від агрегатного стану і взаємного напряму руху теплоносіїв (рис.1).

Так, при прямотоці без зміни агрегатного стану теплоносіїв температура гарячого теплоносія знижується від t_1н до t_1к, а температура холодного теплоносія підвищується від t_2н до t_2к. При цьому різниця температур теплоносіїв уздовж поверхні нагріву змінюється від Δt^/ до Δt^//; на одному кінці поверхні велика різниця, на іншому менша;

а і б - прямотечія і протитечія без зміни агрегатного стану теплоносіїв; в - паровий обігрів при Q_конд=t_n; г і д - паровий обігрів при Q_конд<t_n ( г - прямотечія, д - протитечія)

Рисунок 1. - Графіки зміни температури теплоносіїв в процесі теплообміну в одноходових апаратах

Отже, необхідно визначити середню різницю температур теплоносіїв Δt_сер між більшою Δt_б і меншої Δt_м різницями за формулою:

При лінійному характері зміни температури теплоносіїв і при Δt_б/Δt_м<2 з достатнім ступенем точності можна розрахувати середнє арифметичне значення Δt_сер:

За формулою визначають середню різницю температур теплоносіїв у разі теплообміну без зміни агрегатного стану теплоносіїв при прямотечії (рис.1, а), протитечії (рис.1, б) і паровому обігріві (рис.1, в, г, д) в одноходових теплообмінних апаратах.

Середню різницю температур можна визначити також по номограмі (рис.2).

Рисунок 2. - Номограма для визначення Δt_сер.

В багатоходових апаратах теплоносії рухаються уздовж якоїсь частини поверхні нагріву прямотечією, уздовж іншої частини - протитечією, тобто має місце змішаний (змінний) струм теплоносіїв. Умовні схеми зміни температур теплоносіїв в двоходових апаратах показані на рис.3. Гарячий теплоносій, параметри якого з індексом 1 9 рідина, газ - див. рис.3, а, чи, пара, що конденсується, - рис.3, в,г), робить в міжтрубному просторі апарату один хід із зміною температури від t^н₁ до t^к₂. При цьому можливі два випадки: в першому ходу - протитечія, в другому - прямотечія (рис.3, б,г). При змішаному струмі, середня різниця температур теплоносіїв дещо менше ніж при протитечії; рекомендується визначати її за формулою:

де εΔt - поправочний коефіцієнт, залежний від взаємного напряму руху теплоносіїв і їх початкових і кінцевих температур; визначається графічно залежно від значення величин R і P;

Δt_ср^потр- середня різниця температур теплоносіїв при протитечії.

Рисунок 3. - Графіки зміни температури теплоносіїв в процесі теплообміну в двоходових апаратах

На рис. 4 приведений графік залежності εΔt=f(P, R) для двоходового апарату. Середня різниця температур теплоносіїв є рушійною силою процесу теплопередачі і називається середнім температурним напором.

Гідравлічний опір апарату. На інтенсивність теплообміну істотно впливає швидкість руху теплоносіїв в апараті. Підвищення швидкості збільшує турбулентність потоку, знижує утворення накипу, як наслідок збільшується коефіцієнт теплопередачі. Проте значне підвищення швидкості теплоносія призводить до збільшення втрати тиску теплоносія на подолання опорів при проходженні його через апарат.

Гідравлічний опір апарату складається з опору тертя по довжині прямолінійних труб (каналів) і місцевих опорів.

Місцеві опори виникають в місцях зміни конфігурацій потоку теплоносія в результаті конструктивних особливостей апарату (розширення, зміна напряму трубопроводу, наявність вентилів, кранів, заслінок, діафрагм і т.п.).

Рисунок 4. - Графік залежності εΔt=f(P, R)

Втрати тиску на подолання опору в прямих каналах (в Па):

де λ_тр - коефіцієнт гідравлічного опору тертя: залежить від режиму руху рідини і ступеня шорсткості труб

при

при

де n - коефіцієнт шорсткості, d_экв=d_тр

Втрати тиску на подолання місцевих опорів:

де Σξ- сума коефіцієнтів місцевих опорів; визначається за таблицею залежно від особливостей конструкції апарату, що викликають зміну умов руху теплоносія.

Таким чином, втрати тиску (Па) на подолання гідравлічних опорів при русі теплоносія в апаратах можна визначити за формулою:

Величина втрат тиску визначає витрату енергії на переміщення теплоносія в апараті і, отже, є важливим показником економічності роботи апарату. У зв'язку з цим швидкість руху теплоносія повинна вибиратися в оптимальних межах, які визначаються інтенсивністю теплообміну і витратою енергії при роботі апарату (для рідини в прямих трубках w 1-2 м/с).