teplotech

Составители: Александр Антонович Буров Виктор Александрович Ожогин

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ЧЕРНОТЫ И КОЭФФИЦИЕНТА ИЗЛУЧЕНИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Методические указания к лабораторной работе №12

Редактор Темплан 2004г.,поз. №

Волгоградский государственный технический университет. 400131 Волгоград, просп. им. В.И.Ленина,28.

РПК «Политехник» Волгоградского государственного технического университета.

400131 Волгоград, ул. Советская,35.

14

Федеральное агентство по образованию Волгоградский государственный технический университет

Кафедра “Теплотехника и гидравлика”

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА

Методические указания к лабораторной работе № 16

Волгоград, 2008

УДК 621.103 Исследование работы теплообменного аппарата: метод. указ. к лабо-

раторной работе № 16 / сост.: Г. Н. Злотин, Е. А. Захаров, Е. М. Иткис; Волгоград. гос. техн. ун-т. – Волгоград, 2008. – 12 с.

Даются рекомендации по изучению теоретического материала к лабораторной работе, ее выполнению, обработке экспериментальных данных, а также вопросы для самоконтроля.

Ил. 1. Табл. 2. Библиогр.: 2 назв.

Рецензент Ю. В. Иванов.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Волгоградского государственного технического университета.

Волгоградский государственный технический университет, 2008.

2

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1.Углубление знаний по теории процессов передачи теплоты, знакомство с методикой численного исследования теплопередачи в рекуперативных теплообменных аппаратах типа «труба в трубе».

1.2.Исследование влияния расхода горячего воздуха mг, проходящего через теплообменный аппарат, а также схемы движения теплоносителей (прямоточной и противоточной) на среднелогарифмический температурный напор t и тепловой поток Qх , передаваемый холодному теплоносителю.

2.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

2.1.Изучить уравнения теплового баланса и теплопередачи для рекуперативных теплообменных аппаратов.

2.2.Спланировать и провести численный эксперимент, выбрав при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей пять режимов (по расходу горячего воздуха) для получения зависимостей

t = f (mг ) и Qх = f (mг )при фиксированной температуре холодного воздуха на входе в теплообменный аппарат.

2.3. Построить по результатам эксперимента графики зависимостей

t= f (mг ) , Qх = f (mг ) и проанализировать их.

3.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1.При подготовке к данной лабораторной работе необходимо усвоить, что теплообменный аппарат - это устройство для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. Все теплообменные аппараты могут быть разделены на три группы: рекуперативные, регенеративные и смесительные.

3

Рекуперативными являются аппараты, в которых горячая и холодная жидкости протекают одновременно, и теплота передается через разделяющую их стенку.

Регенеративными являются аппараты, в которых одна и та же поверхность нагрева омывается попеременно то горячей, то холодной жидкостями. При протекании горячей жидкости теплота воспринимается стенками аппарата и в них аккумулируется. При протекании холодной жидкости последняя забирает эту аккумулированную теплоту.

Врекуперативных и регенеративных аппаратах передача теплоты связана с поверхностью твердого тела, поэтому такие аппараты отнесятся к поверхностным.

Всмесительных аппаратах процесс теплопередачи происходит в результате непосредственного соприкосновения и смешения горячей и холодной жидкостей. В этом случае перенос теплоты протекает одновременно с массообменом.

Взависимости от организации взаимного движения теплоносителей рекуперативные теплообменные аппараты можно классифицировать на

прямоточные, противоточные и с перекрестным током.

Если направления движения горячего и холодного теплоносителей совпадают, то такой теплообменный аппарат является прямоточным; если направление движения горячего теплоносителя противоположно движению холодного теплоносителя, то – противоточным. Если же направление движения горячего теплоносителя пересекается с направлением движения холодного теплоносителя, то аппарат считается с перекрестным током. В теплообменных аппаратах могут применяться и более сложные варианты движения, полученные путем различных комбинаций указанных выше основных схем.

4

Для расчета передачи теплоты в теплообменных аппаратах при стационарном режиме используются два основных уравнения. Первое – это уравнение теплопередачи:

где Q – тепловой поток, Вт;

F – поверхность теплообмена, м2;

t – средняя разность температур между горячей и холодной жидкостями, К;

k – средний коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К).

Коэффициент теплопередачи представляет собой количество теплоты, проходящей через единицу поверхности стенки в единицу времени от горячей к холодной среде, при разности температур между ними 1 К. Для плоской стенки коэффициент теплопередачи определяется по следующему соотношению:

где α1 – коэффициент теплоотдачи от горячей среды к поверхности стенки; α2 – коэффициент теплоотдачи от второй поверхности стенки к холодной среде;

δ – толщина стенки; λ – коэффициент теплопроводности материала стенки.

Коэффициенты теплоотдачи зависят от особенностей омывания поверхности теплоносителями и от физических свойств последних. Определяются они с помощью уравнений подобия.

В уравнении (3.1) используются средние значения t , k , т. к. характер течения и температуры рабочих жидкостей при прохождении через аппарат в общем случае изменяются.

5

Для случаев, когда коэффициент теплопередачи на отдельных участках поверхности теплообмена изменяется незначительно, можно рекомендовать определение его средней величины с помощью уравнения:

где k' и k" – коэффициенты теплопередачи соответственно на входе и выходе теплообменного аппарата.

Среднее значение разности температур зависит от схемы движения теплоносителей и может вычисляться по следующим формулам:

1) для аппаратов с прямотоком

где t1', t2 ' – температуры теплоносителей на входе в теплообменный аппарат;

t1'' , t2 '' – температуры теплоносителей на выходе из него.

Величины Δt , определяемые по формулам (3.4) и (3.5), называются среднелогарифмическими температурными напорами. Значение Δt для аппаратов с противотоком при одинаковых условиях всегда больше, чем Δt для аппаратов с прямотоком, поэтому передача одной и той же теплоты в аппаратах с противотоком требует меньшей поверхности теплообмена.

При известных Δt , заданных значениях Q уравнение (3.1) позволяет вычислить потребную поверхность теплообмена в аппарате F.

Вторым основным уравнением является уравнение теплового баланса, которое при отсутствии тепловых потерь и фазовых переходов имеет вид:

6

где m1 и m2 – массовые расходы теплоносителей;

сp1 , сp2 – средние массовые изобарные теплоемкости теплоносителей

всоответствующем интервале температур.

4.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Вданной лабораторной работе используется установка для имитационного моделирования работы теплообменного аппарата вида «труба в трубе». Перед началом работы преподаватель кафедры «Теплотехника и гидравлика» знакомит студентов с аппаратным и программным обеспечением данной работы.

После включения установки в сеть и запуска рабочей программы, необходимо, по заданию преподавателя, выбрать один из вариантов предстоящего опыта. Для этого в меню «Установки» вводятся геометрические параметры рекуперативного теплообменного аппарата вида «труба в трубе»; вид теплоносителя по горячей и холодной сторонам (воздух-воздух); схема течения (прямоток или противоток). По окончании выбора параметров и контроля их ввода на экране высвечивается схема имитационной экспериментальной установки (рис. 1) с отображением направления течения теплоносителей и расположением измерительных устройств.

Спомощью регуляторов расхода горячего и холодного воздуха, расположенных на индикаторном приборе, необходимо установить их расход путем изменения давления перед соответствующими мерными диафрагмами (pг, pх) и перепадов давления на них (dpг, dpх).

При помощи регулятора нагревательного устройства устанавливается температура горячего воздуха на входе в теплообменный аппарат tг'. Температуру холодного воздуха tх', поступающего в теплообменный аппарат, следует принять равной температуре в лаборатории.

7

Установленные величины высвечиваются на индикаторном приборе и дублируются на мониторе.

Рис. 1. Схема имитационной экспериментальной установки.

После нажатия на пиктограмму «Внести в список» панели инструментов все текущие параметры добавляются в список измеренных значений. Измеренные показания заносятся в таблицу экспериментальным данных (табл. 1) в соответствие с принятой схемой движения теплоносителей.

Изменив схему движения теплоносителей, при неизменных установленных ранее параметрах, измеренные значения записываются в соответствующую строку табл. 1.

С помощью регулятора расхода горячего воздуха теплообменник переводится на следующий режим по расходу горячего воздуха. Необходимые показания аналогичным образом снимаются для прямоточной и противоточной схем движения теплоносителя.

8