D. Обработка результатов измерений

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»»

Обнинский институт атомной энергетики – филиал НИЯУ МИФИ

 

Физико-энергетический факультет

Кафедра теплофизики

Отчет по лабораторной работе №6

«Исследование работы теплообменного аппарата»

Выполнил: Чыонг Хоан Нам

Группы АЭС2-С11

Проверил: Ющенко Н.Е.

 

 

Обнинск 2014г.

A. Цель работы:

Испытание теплообменного аппарата на различных режимах его работы и при разных схемах включения с целью определения тепловой мощности, коэффициентов теплопередачи, тепловой эффективности и количества переносимого тепла на каждом из режимов.

B. Краткая теорема:

Теплообменным аппаратом называется устройство, в котором осуществляется процесс передачи тепла от одного теплоносителя к другому. Такие аппараты разнообразны по техническому назначению и конструкторскому оформлению. По принципу действия теплообменные аппараты разделяются на рекуперативные, регенеративные и смесительные.

Рекуперативными называются такие аппараты, в которых тепло от горячего теплоносителя к холодному передается через разделяющую их стенку. Примером таких аппаратов являются парогенераторы, подогреватели, конденсаторы и т.п.

Тепловой расчет теплообменного аппарата может быть конструкторским, целью которого является определение шюшади поверхности теплообменника,и поверочным, при котором устанавливаются режимы работы аппарата и определяются конечные температуры теплоносителей. В обоих случаях основными расчетными уравнениями являются:

Уравнение теплопередачи

(1)

Уравнение теплового баланса

(2)

где

-Количество тепла, отданное горячим теплоносителем,Вт;

-Количество тепла, воспринятое холодным теплоносителем, Вт;

-потери тепла в окружающую среду,Вт;

-коэффициент теплопередачи,Вт/м².К;

, -массовые расходы горячего и холодного теплоносителей,кг/с;

, -изменеие энтальпии теплоносителей,Дж/кг;

, -удельные теплоемкости теплоносителей при постоянном давлении,Дж/кг.К

-температуры горячего теплоносителя на входе и выходе из аппарата;

, - температуры холодного теплоносителя на входе и выходе его из аппарата.

В общем случае температура рабочих жидкостей в теплообменниках изменяется: горячая охлаждается, а холодная нагревается. Вместе с этим изменяется и температурный напор между ними .В таких условиях уравнение теплопередачи (1) применимо лишь в дифференциальной форме к элементу поверхности dF

Общее количество теплоты, переданное через всю поверхность, определяется интегралом

(3)

Это и есть расчетное уравнение теплопередачи, где - среднее значение температурного напора по всей поверхности нагрева.

В тепловых расчетах важное значение имеет величина, называемая водяным эквивалентом,W (Вт/К)

(4)

Где -массовой расход теплоносителя,кг/с;

-скорость теплоносителя,м/с;

-плотность теплоносителя,кг/м³;

-площадь сечения канала,м².

Если величину ввести в уравнение теплового баланса (2),то оно принимает вид:

Откуда (5)

Это означает,что отношение изменений температур рабочих жидкостей обратно пропорционально отношению их водяных эквивалентов.

Характер изменения температуры рабочих жидкостей вдоль поверхности нагрева зависит от схемы их движения и соотношения величин и . Если в теплообменном аппарате горячая и холодная жидкости протекают параллельно в одном направлении, то такая схема движения называется прямотоком (рис. 1а). Если жидкости протекают параллельно, но в противоположных направлениях -противотоком (рис. 1б).

В зависимости от схемы течения (прямоток или противоток) и от соотношения и ,получаются четыре характерные пары кривых изменения температуры вдоль поверхности нагрева.

Температурный напор вдоль поверхности при прямотоке изменяется сильнее,чем при противотоке.Вместе стем,среднее значение температурного напора при противотоке больше ,чем при прямотоке.За счет этого при противотоке теплооменник получается компактней.

Вдоль поверхности нагрево температурный напор меняется по экспоненциальному закону:

Где - температурный напор на входе в теплообменник;

,где , -расходные теплоемкости кождого из теплоносителей,Вт/К;

-коэффициент теплопередачи,Вт/м².К;

-площадь поверхности,м²;

Зная этот закон, можно установить среднее значение температурного напора

(6)

Такое значение температурного напора называется среднелогарифмическим напором при прямотоке.

Формула для среднего логарифмического температурного напора при

противотоке имеет вид:

(7)

Если независимо от начала и конца поверхности через обозначить больший, а через меньший температурные напоры между рабочими жидкостями,то формулы (6) и (7) можно свести в одну.

Окончательно формула среднелогарифмического температурного напора для

прямотока и противотока принимает вид:

(8)

Когда тепература рабочих жидкостей вдоль поверхности нагрева изменяется незначительно ,средний температурный напор можно вычислить как среднеарифметическое из крайник напоров и

(9)

Среднеарифметическое значение температурного напора всегда больше среднелогарифмического. Но при они отличаются меньше 3% что в технических расчетах вполне доспустимо.

C. Описние экспериментальной установки:

1-термостат

2-вентиль

3,9-диафрагма

4-четырехходовомый кран-распределитель

5-внутренняя труба

6-пьезометрические трубы

7-ручка регулятора двигателя вентилятора

8-двигатель вентилятора

10-наружная труба

11-вольметр В7-21

12-переключатель

13-микроманометр

 

D. Обработка результатов измерений

Таблица измерений:

Режим течения	№	(мм вод ст)	(мм вод накл ст)
Прямоток				23.736	79.996	39.251	40.556
			23.591	119.58	41.571	43.311
			23.736	139.88	43.456	45.341
			24.461	152.93	45.486	47.661
Противоток				25.041	241.53	49.836	48.676
			25.621	260.81	52.591	51.431
			26.056	266.61	54.476	52.881
			26.346	275.31	58.826	57.666

 

· Режим прямоточных течений:

№1:

=40.556-23.736=16.820 ( )

=79.996-39.251=40.745 ( )

Вычислить значения среднего температурного

напора для теплоносителей:

средние логарифмическое: ( )

№2:

=43.311-23.591=16.820 ( )

=119.58-41.571=78.010 ( )

средние логарифмическое:

( )

№3:

=45.341-23.736=21.605 ( )

=139.88-43.456=96.425 ( )

средние логарифмическое:

( )

№4:

=47.661-24.461=0.2 ( )

=152.93-45.4860=107.445 ( )

средние логарифмическое:

( )

· Режим противоточных течений:

№1:

=49.836-25.041=23.635 ( )

=241.35-48.676=191.690( )

Вычислить значения среднего температурного

напора для теплоносителей:

средние логарифмическое:

( )

№2:

=52.591-25.621=25.810 ( )

=260.81-52.591=208.220 ( )

средние логарифмическое:

( )

№3:

=54.476-26.056=26.825 ( )

=266.61-54.476=212.135 ( )

средние логарифмическое:

( )

№4:

=58.826-26.346=31.320 ( )

=275.31-57.666=216.485 ( )

средние логарифмическое:

( )

3.Рассчитать расходы воды и воздуха для кождого режима:

· Для воды ,кг/с

Где -коэффициент расхода для данной диафрагмы

,Па

-плотность воды при средней температуре теплоносителя, кг/м³

-перепад давления на диафрагмане по пьезометрическим трубкам, (м)

=9,8-кскорение свободного падения , м/с²

· Режим прямоточных течений:

№1: ( )

=991,97 кг/м³

кг/с

№2: ( )

=989,82 кг/м³

кг/с

№3: ( )

=989,51 кг/м³

кг/с

№4: ( )

=987,59 кг/м³

кг/с

· Режим противоточных течений:

№1: ( )

=985,68 кг/м³

кг/с

№2: ( )

=984,15кг/м³

кг/с

№3: ( )

=983,91 кг/м³

кг/с

№4: ( )

=981,88 кг/м³

кг/с

· Для воздуха ,кг/с

-коэффициент расхода

-плотность воздуха при средней температуре теплоносителя, кг/м³

,Па

-плотность воды при комнатной температуре, кг/м³

=0,2

-показания микроманометр, м

№	Т(ср) возд.,оС	кг/м3		G2(возд), кг/с
	51.866	1.171	997.364	0.0118
	71.586	1.165	0.0118
	81.809	1.164	0.0166
	88.696	1.161	0.0166
	133.284	1.156	0.0117
	143.216	1.141	0.0116
	146.334	1.128	0.0164
	150.829	1.127	0.0164

4.Количество тепла,отданное водой: ,Вт (режим прямоток)

Или (режим противоток)

Количество тепла,полученное воздухом : ,Вт

-теплоемкость воды при средней температуре,Дж/кг.К

- теплоемкость воды при средней температуре теплоносителя,Дж/кг.К

И потери тепла в окружающую среду : ,Вт

№	Ср1(воды), кДж/кг*К	Ср2(возд), кДж/кг*К	Q1(воды), Вт	Q2(возд), Вт	ΔQ, Вт
	4.179	1,005	327.761	667.187	339.426
	4.180	436.392	1138.345	701.953
	4.180	471.970	1937.647	1465.677
	4.181	543.802	2143.265	1599.463
	4.182	289.612	2545.539	2255.927
	4.184	289.265	2741.845	2452.580
	4.184	397.739	3964.828	3567.089
	4.185	288.849	4103.441	3814.592

 

5.Коэффициент теплопередачи: , Вт/м².К

Где расчетная поверхность теплообмена: ,м²

6.Водяный эквивалент и :

7. Коэффициент тепловой эффективности ТА:

, (Режим прямоточных течений)

Или ( Режим противоточных течений)

где -наименьшее из значений и

8.Число единиц переноса теплоты (безразмерный коэффициент теплопередачи):

№	К, Вт/м2*К	w1, Вт/К	w2, Вт/К	E	N
	42.035	251.2	11.9	0.005	0.187
	68.23	250.8	11.9	0.004	0.303
	113.394	250.4	16.7	0.003	0.359
	123.537		16.7	0.003	0.391
	136.206	249.7	11.8	0.004	0.611
	143.827	249.4	11.7	0.003	0.65
	206.693	249.4	16.5	0.002	0.663
	210.343		16.5	0.002	0.674