2. Описание лабораторной установки

Рис. 2. Схема лабораторной установки:

1 – теплообменник; 2 – ресиверы; 3 – термометры сопротивления; 4 – пульт управления; 5 – тепловентилятор; 6 – основание; 7 – термопара

Входной патрубок теплообменника через ресивер соединяется с водопроводной сетью. При нагреве воды теплообменник снаружи обдувается горячим воздухом от тепловентилятора. При этом происходит передача теплоты от горячего воздуха воде. Вода проходит через второй ресивер и сливается в канализацию. При охлаждении горячей воды теплообменник обдувается воздухом, имеющим комнатную температуру, подаваемым вентилятором.

Ресиверы представляют собой герметичные сосуды и предназначены для поддержания постоянства расхода воды и удобства измерения температуры. В ресиверы впаяны термометры сопротивления, которые замеряют температуру воды на входе и выходе установки.

Температура воздуха замеряется термопарой, установленной на наружной поверхности теплообменника.

Теплообменник восьмирядный по вертикали и трехрядный по горизонтали. Трубы между собой соединены калачами. Для увеличения площади поверхности теплообмена со стороны воздуха на наружную поверхность труб установлены ребра.

3. Методика проведения работы

1. Учебная группа разбивается на бригады по 3…4 человека.

2. Ознакомиться с установкой и с инструкцией по работе на ней.

3. Получить задание у преподавателя.

4. Открыть кран на трубе водопровода и дать пробежать воде в течении 3…5 минут.

5. Включить тепловентилятор и дать ему прогреться в течении 3…5 минут.

6. Определить расход воды объемным способом. Расход будет равен V=W/τ, м³/с, где W – объем воды в мерном сосуде, τ – время, за которое наполняется мерный сосуд.

7. Снять показания с термометров сопротивления и термопары.

8. Повторить п. 6,7 при разных расходах воды.

9. Данные замеров занести в таблицу 1.

10. Показания термометров сопротивления проградуированы в μА, для перевода их в градусы используется тарировочный график (рис. 3).

4. Обработка экспериментальных данных

Таблица 1

№ опыта	V, м3/с	tв.н, 0C	tв.к, 0C	tср, 0C	tвозд, 0C	Δtср, 0C	Q, Вт	К, Вт/(м2·К)	αв, Вт/(м2·К)	αвозд, Вт/(м2·К)
1
2
3

1. Средняя температура воды .

2. Средняя разность температур

Δt_max = t_возд – t_в.н, Δt_min = t_возд – t_в.к,

, если > 2;

, если ≤ 2.

3. Количество теплоты, расходуемое на нагревание воды:

Q = V_вc_вρ_в(t_в.к – t_в.н),

где V_в – расход воды, м³/с; ρ_в – плотность воды, кг/м³ (при t_ср); с_в – теплоемкость воды, Дж/(кг·К) (при t_ср).

4. Коэффициент теплопередачи от воздуха к воде:

,

где F = 1,2 м² – площадь поверхности теплообменника.

5. Коэффициент теплоотдачи от воздуха к стенке.

Скорость движения воздуха выразим через его расход:

w_возд = V_возд /(60· F_ж),

где V_возд = 1,6 м³/мин – производительность тепловентилятора,

F_ж = 6,3·10^-3 м² – площадь живого сечения тепловентилятора.

Число Рейнольдса

,

где плотность ρ_возд и динамическая вязкость воздуха берутся из табл. 3 при температуре воздуха, d_н = 12 мм – наружный диаметр труб теплообменника.

Число Нуссельта определяется по формуле:

,

где t = 3,4 мм – шаг ребер, h = 8 мм – высота ребра, Pr_возд – число Прандтля для воздуха (табл. 3 при t_возд), для шахматных пучков С = 0,25, n = 0,65, для коридорных пучков С = 0,116, n = 0,72.

6. Коэффициент теплоотдачи от стенки теплообменника к воде.

Число Рейнольдса:

,

где d_вн = 10 мм внутренний диаметр трубок теплообменника, (физические параметры воды берутся из таблицы 2).

Выразим скорость движения воды через ее расход:

,

Тогда .

Число Нуссельта: ,

где Pe = Re·Pr,

L = 0,285 м – длина трубы теплообменника.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде: .

Полученные результаты заносят в таблицу 1.