Указания к выполнению работы

Министерство образования и науки Российской Федерации

Филиал федерального государственного бюджетного

Образовательного учреждения

Высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский университет «МЭИ»

В г. Смоленске

Кафедра промышленной теплоэнергетики

Направление 14.01.00 Теплоэнергетика и теплотехника

профиль «Промышленная теплоэнергетика»

ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ПРИ

ВЫНУЖДЕННОМ ДВИЖЕНИИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ТРУБАХ

Группа: ЭО-13

Выполнили студенты:

Удилов К.А.

Шайковский А.Э.

Ильющенков М.А.

Преподаватель: Любов С.К.

Cмоленск 2015

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ПРИ

ВЫНУЖДЕННОМ ДВИЖЕНИИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ТРУБАХ.

1. Цель работы - закрепление знаний по теории конвективного теплооб­мена, знакомство с основами расчета теплообменных аппаратов, схемами дви­жения теплоносителя, экспериментальными методами определения коэффици­ентов теплоотдачи и теплопередачи при вынужденном движении теплоносите­ля в каналах теплообменного аппарата типа «труба в трубе».

Задание

2.1. Изучить основные теоретические положения, необходимые для вы­полнения данной работы, по руководству к лабораторной работе и предлагае­мой литературе.

2.2. Ознакомиться с устройством лабораторного стенда, мнемосхемой, из­мерительными приборами и порядком проведения работы, после чего получить допуск к выполнению работы у преподавателя.

2.3. Для прямоточной или противоточной схемы движения теплоносителя (по указанию преподавателя) снять показания приборов и определить экспери­ментальные значения коэффициента теплопередачи K_э для четырех значений расхода горячего теплоносителя и построить зависимость K_э = ʄ(ω).

2.4. По показаниям приборов построить графики изменения температурно­го напора вдоль поверхности нагрева и определить ∆ṫ.

2.5. Рассчитать теоретическое значение коэффициента теплопередачи к_т и сравнить его с полученными экспериментальными данными (на одном графике построить обе зависимости: Ḱ _Э = ʄ(ω₁) и Ḱ _T = ʄ(ω₂).

2.6. Оформить отчет согласно требованиям, предъявляемым к оформлению отчета.

Указания к выполнению работы

Эффективность работы рекуперативных теплообменных аппаратов раз­личных типов во многом определяется величиной коэффициента теплопереда­чи, т.е. количеством теплоты, передаваемой через единицу поверхности от го­рячего теплоносителя к холодному при разности температур в один градус. Ко­эффициент теплопередачи является характеристикой сложного процесса, со­стоящего из теплоотдачи от горячей жидкости к стенке, теплопроводности че­рез стенку и теплоотдачи от стенки к холодной жидкости. Он зависит от многих факторов (от формы поверхности, теплофизических свойств теплоносителей, температурного напора, характера и скорости течения теплоносителя и др.) и может быть определен экспериментальным или расчетным путем.

Для экспериментального определения среднего коэффициента теплопере­дачи используется уравнение теплопередачи:

Ḱ _Э = ,

Где Q - количество передаваемой теплоты, Вт;

- средний температурный напор, зависящий от схемы движения теплоносителей,°С;

F - поверхность раздела теплоносителей, м².

Количество передаваемой теплоты определяется из уравнения теплового баланса:

Q = G₁(h'₁ - h "₁) η_T.П. = G₂(h'₂ - h "₂)

или, полагая С_р=const и dh=С_pdt,

Q = G₁С _P1 (t'₁ - t"₁) η_T.П. = G₂С _P2( t'₂ - t"₂)

где G₁, G₂ - массовые расходы горячего и холодного теплоносителей, кг/с;

С _P1, С _P1 - массовые изобарные теплоемкости, кДж/(кг/с);

t'₁,t"₁ , t'₂, t"₂ (h'₁,h"₁ , h'₂, h"₂) - температуры (энтальпии) горячего и холодного теп­лоносителя на входе и выходе из теплообменного устройства, °С (кДж/кг);

η_T.П. - коэффициент тепловых потерь.

Средний температурный напор определяется в зависимости от схемы дви­жения теплоносителей. Для простейших схем (прямотока и противотока) мож­но использовать следующую формулу:

∆ṫ =

или∆ṫ = 0,5 ( ) при < 1,8,

где - наибольшая и наименьшая разности температур между горячим и холодным теплоносителем, °С.

Для теоретического расчета к_т используются эмпирические формулы. Для тонкой цилиндрической стенки (d₂/d₁= 24/20 <1,8) справедлива следующая

формула:

Ḱ _T =

Толщина стенки S = 0,5 (d₂-d,), величина коэффициента теплопроводности стальной стенки - λ_ст. = 50 Вт/м∙°С.

Коэффициенты теплоотдачи , и , определяются по значению критерия Нуссельта:

Nu=

где λ - коэффициент теплопроводности жидкости, Вт/м °С;

d_э - эквивалентный диаметр, м.

Критерий Нуссельта со стороны горячего теплоносителя можно рассчитать по следующей формуле:

Nu₁ = 0,021∙Re₁^0,8∙Pr₁^0,43( )

где Re₁ = - число Рейнольдса;

ν, Pr₁ - коэффициент кинематической вязкости и число Прандтля, опре­деляемые так же, как и λ₁, по средней температуре горячего теплоносителя ṫ₁ = 0,5 (t'₁ - t"₁).

Критерий Нуссельта со стороны холодного теплоносителя можно рассчи­тать по следующей формуле:

Nu₁ = 0,017∙Re₂^0,8∙Pr₂^0,4 ) ^0,25 ()^0.18

где Re₂ = ;

ν₂, Pr₂, λ₂- рассчитать по средней температуре холодного теплоносителя;

ṫ₂ = 0,5 ( ) по табл.1 Приложения;

d _э =D-d₂ - эквивалентный диаметр для кольцевого канала (см. рис. 1).

Число Прандтля Prc₁ ≈ Prc₂ ≈ Pr_c определяется по температуре стенки, при­нимаемой

ṫ _С = 0.5(ṫ ₁+ ṫ₂), по табл.1 Приложения.