Хід роботи

1. Обережно відкрити крани і подати воду у напірні ємності (3) і (8) так, щоб рівень води в них тримався трохи вище переливних отворів.

2. Повністю відкрити запірні крани (6) і (10) і дочекатися встановлення потоку води у магістралях та видалення всіх повітряних пробок. При необхідності пробки видалити шляхом «прокачування» еластичних частин магістралей.

3. Прикрити запірні крани (6) і (10) до положення, вказаного викладачем і переконатись, що рівень води у напірних ємностях лишається вище переливних отворів.

4. Подати вказану викладачем напругу на нагрівник і через кожні 2 хв. записувати покази всіх чотирьох термометрів, встановлених на теплообміннику. Дочекатися моменту, коли покази всіх термометрів будуть незмінні протягом 6 хв., що вказує на те, що режим теплообміну стабілізувався. Всі покази термометрів до моменту встановлення режиму теплообміну у таблицю не заносити, фіксувати їх у чернетці. Вода на вході у теплообмінник повинна бути нагріта мінімум до 50 ⁰С, на виході – бути мінімум на 5 ⁰С холодніша, в іншому разу результати будуть неточні.

5. Виміряти розхід води у трубі і між трубному просторі 3-5 разів. Результати вимірювання розходів і покази 4-х термометрів занести у таблицю.

6. Виключити нагрівник, перекрити запірні крани (6) і (10), перекрити подачу води у напірні ємності та повернути весь лабораторний інвентар асистенту.

7. Заповнити таблицю експериментальних вимірювань.

Трубний простір				Міжтрубний простір
Розхід води, м3/с	Час вимірювання температури	Температура, 0С			Розхід води, м3/с	Час вимірювання температури	Температура, 0С
		Вхід	Вихід				Вхід	Вихід

Розміри конструктивних елементів теплообмінника:

Внутрішня труба: =1,235 м; зовнішній і внутрішній діаметри м, м.

Зовнішня труба: =1,235 м; зовнішній і внутрішній діаметри м, м.

ОБРОБКА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДАНИХ

1. Виходячи з відомих геометричних розмірів теплообмінника, розрахувати величину площі циліндричної поверхні теплообміну (м²). Фактично це площа поверхні внутрішньої труби теплообмінника. Розрахунок середнього радіусу наведений у п. 7 теоретичного розрахунку (наступний розділ).

2. Виходячи з виміряних об’ємних розходів води розрахувати середній об’ємний розхід (м³/с).

3. Розрахувати кількості теплоти, що віддала тепла вода (Q_г) і отримала охолоджуюча (Q_х). Для цього скористатися формулою , де - середня теплоємність води для трубного чи міжтрубного простору (з довідкової таблиці), - маса води, що пройшла через трубний, чи між трубний простір, кг; - різниця температур на вході і на виході.

4. Визначити втрати тепла у довкілля .

5. Виходячи з виміряних різниць температур на кінцях теплообмінника визначити, яка з них використовуватиметься як , а яка - і розрахувати середній температурний напір по (****).

6. Розрахувати величину експериментального коефіцієнту теплопередачі К_Т з (*): .

7. Згідно наведеної нижче методики розрахувати теоретичне значення К_Т і порівняти його з експериментальним.

ПОРЯДОК ТЕОРЕТИЧНОГО РОЗРАХУНКУ К_Т

1. Розрахувати коефіцієнт тепловіддачі для трубного простору . Для цього слід розрахувати площу поперечного перерізу внутрішньої труби виходячи з її внутрішнього діаметру (радіусу) .

2. Знайти середню швидкість руху води у внутрішній трубі , де - середній виміряний об’ємний розхід води.

3. Знайти характеристичне число Рейнольдса для потоку води у внутрішній трубі (d_в – внутрішній діаметр труби, - кінематична в’язкість води з довідникової таблиці для середньої температури між кінцями внутрішньої труби).

4. Виходячи зі знайденого числа Рейнольдса, розрахувати число Нуссельта для відповідного режиму руху води використовуючи необхідні дані з довідкової таблиці для середньої температури між кінцями труби:

Re>10000 (турбулентний)

2300<Re<10000 (перехідний)

Re<2300 (ламінарний)

Для останнього варіанту число Грасгофа обчислюють за формулою . Тут - діаметр внутрішньої поверхні трубки, - прискорення вільного падіння, - коефіцієнт теплового розширення води з довідкової таблиці, - середній температурний напір з (****), - кінематична в’язкість води з довідкової таблиці.

5. Маючи розраховане число Нуссельта, обчислюють , де - коефіцієнт теплопровідності води з довідкової таблиці, - діаметр внутрішньої поверхні трубки.

6. Аналогічно розраховують для міжтрубного простору. Тут в якості еквівалентного діаметру скрізь використовують величину , де - діаметр внутрішньої стінки зовнішньої труби, - діаметр зовнішньої стінки внутрішньої труби. Число Нусельта для міжтрубного простору розрахувати за рівняннями згідно п 4 вище (відповідно до отриманого числа Рейнольдса). Після цього знаходять .

7. Знайшовши і розраховують величину К_Т за формулою (***). У цій формулі прийняти середній радіус циліндричної стінки внутрішньої труби , коефіцієнт теплопровідності для скла пірекс Дж/(с м К)

8. Порівняти експериментальну і теоретичну величину коефіцієнту тепловіддачі К_Т.

Довідкова таблиця

Деякі фізичні властивості води

СХЕМА ПЕРЕРІЗІВ І РОЗМІРІВ ТРУБ ТЕПЛООБМІННИКА

вода

вода

вода скло вода

ПОЯСНЮЮЧИЙ ПРИКЛАД ДЛЯ РОЗРАХУНКІВ ПО ЛАБОРАТОРНІЙ РОБОТІ

Вихідні дані: отримані експериментальні результати.

Трубний простір: t_вх=64, t_вих=48, час витікання 0,5 л води – 106 с.

Міжтрубний простір: t_вх=14, t_вих=29, час витікання 0,5 л води – 140 с.

РОЗРАХУНОК ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЇ ВЕЛИЧИНИ К_Т

1. = м – це середній радіус трубного простору. Площа поверхні теплообміну: = 0,289 м².

2. Об’ємні і масові розходи води.

Трубний простір: 1 л набрався за 212 с, отже об’ємний розхід води V_Т = 1/212 = 0,00472 л/с, або 0,00472*10^-3 м³/с = 4,72*10^-6 м³/с.

Міжтрубний простір: 1 л набрався за 280 с, отже об’ємний розхід води V_МТ = 1/280 = 0,00357 л/с, або 0,00357*10^-3 м³/с = 3,57*10^-6 м³/с.

3. Кількості теплоти, віддані трубним і отримані міжтрубним просторами .

Трубний простір: різниця температур між кінцями трубного простору . Середня теплоємність воли для цього проміжку . Маса води, що пройшла через трубний простір за 106 с – 0,5 кг.

кДж.

Міжтрубний простір: різниця температур між кінцями трубного простору . Середня теплоємність для цього проміжку . Маса води, що пройшла через міжтрубний простір за той же проміжок часу, за який у трубному просторі проходить 0,5 кг (106 с) дорівнює 0,5*106/140 = 0,38 кг.

кДж.

4. Втрати тепла у довкілля: кДж.

5. Більший стрибок температур на одному з кінців теплообмінника = 64-14= 54 град. Менший стрибок на іншому: = 48-29=19 град. Згідно формули (****) розраховуємо середній температурний напір :

град.

6. Експериментальний коефіцієнт К_Т:

кДж/(м² град).

РОЗРАХУНОК ТЕОРЕТИЧНОЇ ВЕЛИЧИНИ К_Т