2. Обработка результатов измерений

Обработка производится в следующей последовательности:

1. Определяется температура перед диафрагмами T_г и T_х на входе в ап- парат T_г^и T_х^, на выходе T_г^и T_х^по таблице эдс термопар «хромель-копель» (приложение, табл. П. 7) или по приближенной зависимости:

T = 273,15 + E/0,0695, (4.46)

где E – эдс соответствующей термопары в мВ, [T] = 1 К.

2. Вычисляются расходы горячего и холодного теплоносителей.

При использовании в качестве теплоносителя воды ее расход определя- ется для горячей и холодной сторон уравнениями:

G_г 0,0723

G_х 0,0723

P_г ; (4.47)

P_х , (4.48)

где перепады давлений ΔP_г и ΔP_х выражены в кгс/м², [G] = 1 кг/с.

При использовании в качестве теплоносителей воздуха его расходы со- ответственно будут:

3

G_г 0,472 10

_г P_г

0,472 10^3

P_г RT_г P_г ; (4.49)

3

G_х 0,472 10

P_х RT_x P_х

, (4.50)

где перепады давлений ΔP_г и ΔP_х выражены в кгс/м²; ρ_г – плотность воздуха перед диафрагмой в кг/м³; P_г, P_х – давление воздуха перед диафрагмами в кгс/м²; T_г, T_х – температуры воздуха перед диафрагмами в К; R – газовая по- стоянная для воздуха (R = 29,3 кгм/(кг·К)).

3. По уравнениям (4.19), (4.23) и (4.24) определяются среднелогариф- мические температурные напоры.

4. Вычисляется тепловой поток, передаваемый в аппарате:

Q_х G_х c_pх ( T_х^T_х^) ; (4.51)

Q_г G_г c_pг ( T_г^T_г^) , (4.52)

где теплоемкости теплоносителей

^cpг

и c_pх

определяются по средним тем-

пературам ^{T г}

0,5( T_г^T_г^) _{; T х}

0,5( T_х^T_х^)

соответственно.

5. Определяется значение коэффициента теплопередачи:

k  ^Qх

^T лог ^F_х

, (4.53)

если холодный теплоноситель имеет меньший коэффициент теплоотдачи

(холодный теплоноситель – воздух), или выражением:

г

Q

k 

T _лог F_г

, (4.54)

если горячий теплоноситель имеет меньший коэффициент теплоотдачи.

Здесь

F_х d₂l ,

F_г d₁l . Если коэффициенты теплоотдачи соизмеримы

(для теплообменника «вода – вода» или «воздух – воздух»), поверхность теп- лообмена определяется по среднему диаметру.

6. По уравнениям (4.5) определяются полные теплоемкости массовых расходов теплоносителей W_г и W_х.

7. Подсчитывается коэффициент тепловой эффективности теплообмен-

ного аппарата в каждом из режимов как отношение действительно передан- ного теплового потока к максимально возможному:

^Qх Q

 ^Qх . (4.55)

W T ^T ^

^хпред

х г х

8. Определяется число единиц переноса теплоты (безразмерный коэф- фициент теплопередачи):

N ^kFх . (4.56)

W_х

9. В соответствии с конкретным заданием, полученным от преподава-

теля, определяется изменение величин

T _лог , k, η, N в зависимости от вида

теплоносителя, схемы течения, величин G_г, G_х,

T_г^,

T_х^, а также геометриче-

ских параметров аппарата d₁, d₂, d₃, l. Необходимо построить графики изме-

нения величин

T _лог , k, η, N в зависимости от изменяющихся в эксперименте

величин и проанализировать полученные результаты.

10. Если в теплообменнике с одной из сторон стенки один из коэффи- циентов теплоотдачи известен и значительно меньше другого (например, в теплообменнике «вода – воздух» коэффициент теплоотдачи по воздуху зна- чительно меньше, чем коэффициент теплоотдачи по воде), то, используя ме- тод расчета теплообменника по формулам (4. 15), (4. 16) и считая известным

значение коэффициента теплопередачи

^k_l , можно определить коэффициент

теплоотдачи по другой стороне. Если, например, в рассматриваемом аппара- те типа «труба в трубе» горячим теплоносителем является вода, а холодным – воздух, то коэффициент теплоотдачи по воздуху равен:

1

^х ^d2

¹ 

k_l

1

^г ^d1

_ 1 2_w

ln ^d2

d₁

, (4.57)

где

^k_l определяется по уравнению (4. 16), коэффициент теплоотдачи по во-

де α_г из соотношения

Nu ^{αг d1}

^⎛Pr

0,023Re^0,8Pr^{0,4 ⎜ г}

0,25

⎞

⎟

г _λ г

^г ⎜_Pr ⎟

, (4.58)

^г ⎝ ^w ⎠

где ^Re

_4G_г

; μ , λ , Pr

определяются по средней температуре горячей воды

г

d₁_г

г г г

T _г 0,5( T_г^T_г^) ; Pr_w определяется по температуре стенки T_w. В первом при-

ближении принять T_w T _г . Коэффициент теплопроводности материала стен-

ки принять λ_w = 20 Вт/(м·К).

Если в аппарате горячим теплоносителем является воздух, а холодным вода, то коэффициент теплоотдачи по горячей стороне α_г может быть опре- делен с использованием уравнения (4.15), где коэффициент теплоотдачи по воде α_х определяется выражением:

Nu ^αх

^э 0,86^{⎜2 ⎟}

0,16

,

⎛_d2 ⎞

0,16

0,8

^{0,4 ⎛} х ^⎞

0,11

λ

d ^⎛d ^⎞

Nu_ср

0,86^⎜_⎜ ^⎟_⎟

0,023Re_х

Pr_х

_⎜Pr _⎟

^⎜Pr ^{⎟ ,}

d

х ^⎜ 3 ^⎟ ⎝

^d3 ⎠

⎝ ^w ⎠

⎝ ⎠

(4.59)

где d_э = d₃ – d₂ – эквивалентный диаметр для кольцевого канала;

Re 

4 G_х

; μ , λ , Pr

определяются по средней температуре холодной

3

^х π(d

• d₂

)μ_х

х х х

^{воды T} х ^{0,5( T}_х^{T}_х^{) ; Pr}_w ^{определяется по температуре стенки T}_w^{. В первом}

приближении принять T_w T _х .

11. Результаты обработки опытных данных сводятся в табл. 4.2 – 4.4.

Таблица 4.2

Номер режи- ма

Tг

Tх

Tг

Tх

Tг

Tх

Gг

Gх

T лог

cpх

Qх

cpг

Qг

К

К

К

К

К

К

кг/с

кг/с

К

Дж кг С

Вт

Дж кг С

Вт

1 2 · · ·

Таблица 4.3.

Номер режи- ма	k	Wг	Wх	η	N	kl	μг	λг	Prг	Reг
							μх	λх	Prх	Reх
	Вт м2 К	Вт К	Вт К	-	-	Вт м К	Вт 106 м2	Вт м К	-	-
1 2 · ·

Таблица 4.4.

Номер режи- ма	Prwг	Nuг	αг	αх	μх	λх	Nuх	Reх	Nuхр
	Prwх	Nuх	αх	αг	μг	λг	Nuг	Reг	Nuгр
	-	-	Вт м К	Вт м К	Вт 106 м2	Вт м К	-	-	-
1 2 · ·

Верхняя строка в табл. 4.4 соответствует определению α_х методом рас- чета теплообменника по формулам (4. 15), (4. 16), нижняя определению α_г.

12. Для варианта определения α_х строится зависимость Nu_х от Re_х и

проводится сопоставление полученных величин с расчетной зависимостью для кольцевых каналов с обогреваемой внутренней трубкой:

0,8 ^⎛d₃ ^⎞

0,16

^⎛T_w ^⎞

0,5

Nu _х 0,0176Re_x

_⎜⎜_{d ⎟}⎟

_⎜⎜_{T ⎟}⎟

. (4.60)

⎝ 2 ⎠

⎝x ⎠

Для варианта определения α_г строится зависимость Nu_г от Re_г и прово- дится сопоставление полученных величин с расчетной зависимостью для трубы:

Nu _г

0,0202Re^{0 ,8}

. (4.61)

13. г

    При исследовании работы теплообменного аппарата, в котором применена интенсификация теплообмена, необходимо сопоставить получен- ные в п. 9 зависимости с аналогичными зависимостями для теплообменника без интенсификации теплообмена при одинаковых значениях задаваемых па- раметров G_г, G_х, T_г^, T_х^, d₁, d₂, d₃, l.

14. При определении коэффициентов теплоотдачи по горячей стороне в

аппарате с интенсификацией сопоставить полученные значения Nu_г с расчет-

ной зависимостью для теплоотдачи гладкой трубы

^Nu_г (4.61) и определить

гл

отношение

Nu_г

Nu_ггл

в зависимости от Re_г

и безразмерных геометрических па-

раметров

d₁^ d₁

и t/d₁. Построить соответствующие графики и сопоставить

полученные результаты с эталонными значениями, приведенными в прило- жении (табл. П. 8).

При Re = const и t/d₁ = const построить зависимость

Nu Nu

от

г г

гл

d₁^

d₁ . Используя данные табл. П. 8, на том же графике нанести зависимость

отношения коэффициентов гидравлического сопротивления

 _гл . Опреде-

лить области значений параметров, где

Nu Nu

>

г г

гл

^{ гл}

Nu Nu

и

г г

гл

<  _гл .

15. При определении коэффициента теплоотдачи по холодной стороне

в аппарате с интенсификацией теплообмена сопоставить полученные значе-

ния Nu_х с расчетной зависимостью

^Nu х ^{для теплоотдачи кольцевого канала}

гл

с гладкими стенками (4.60) и определить отношение

Nu Nu

х х

гл

d

в зави-

• d ^

симости от Re_х и безразмерных геометрических параметров ^{2 2} и

t_х

d₃ d₂

d₃ d₂

. Построить соответствующие графики и сопоставить полученные ре-

зультаты с эталонной зависимостью (4.45).

Контрольные вопросы

1. Какие величины характеризуют качество работы теплообменного аппарата?

2. Что такое коэффициент теплопередачи?

3. Какие преимущества имеет противоточная схема по сравнению с прямоточной схемой?

4. Что нужно сделать, чтобы уменьшить погрешность определения ко- эффициента теплопередачи?

5. Что нужно сделать, чтобы заметно уменьшить погрешность опреде- ления коэффициента теплоотдачи методом теплообменника?

6. Как изменить режим работы теплообменного аппарата?

7. Как влияет увеличение температуры горячего теплоносителя на вхо- де на тепловую мощность аппарата и температуры теплоносителей на выходе из аппарата?

8. Как влияет увеличение расхода холодного теплоносителя на тепло- вую мощность аппарата и температуры теплоносителей на входе?

9. Показать, как изменится распределение температур горячего и хо- лодного теплоносителей по длине канала для прямотока и противотока.

10. Каким способом можно увеличить коэффициент теплопередачи те- плообменного аппарата?

11. Почему при организации интенсификации теплообмена в каналах целесообразно турбулизировать пристеночные слои жидкости?