Обработка результатов. Обработка результатов лабораторной работы сводится к получению экспериментального (Коп.) и рассчитанного теоретически (Ктеор.) значений коэффициента

Обработка результатов лабораторной работы сводится к получению экспериментального (К_оп.) и рассчитанного теоретически (К_теор.) значений коэффициента теплопередачи.

Определение опытного значения коэффициента теплопередачи

По данным табл. 1 рассчитываются величины, необходимые для определения опытного значения коэффициента теплопередачи. Рассмотрим их.

1. Расход воды в теплообменнике (G_x) определяют по кривой градуировки ротаметра (1 деление ротаметра = 1мл / с).

2. Степень нагрева воды (At_x) находят как разность между температурами воды на выходе из теплообменника (t_{K x}) и входе в него (t_{H x})

3. По формуле теплового баланса (2) рассчитывают тепловую нагрузку теплообменника по воде (Q_x).

4. Средний температурный напор (At_cp) определяют по формуле (11).

 

5. Опытное значение коэффициента теплопередачи (К_оп.) находят из основного уравнения теплопередачи по формуле (12).

6. Расход пара в теплообменнике (G_n) рассчитывают на основании уравнения теплового баланса (3) по следующему выражению

 

 

7. Результаты всех расчетов по определению К_оп. заносят в табл. 2.
Определение теоретического коэффициента теплопередачи

Расчет коэффициента К_теор, основан на применении ряда известных формул, представленных в разделе 2 данных методических указаний.

1. Коэффициент теплоотдачи со стороны конденсирующего пара (ос_п) рассчитывают по формуле (21). Количество труб в теплообменнике (п) в данной формуле следует принимать равным единице.

2. Для определения режима течения воды по трубе теплообменника необходимо найти скорость жидкости, которую можно рассчитать по формуле

 

 

где р - плотность воды, кг / м³;

S - площадь поперечного сечения трубы теплообменника, м². Вода движется по кольцевому зазору теплообменника «труба в трубе», поэтому величину поперечного сечения трубы (S) следует определять с учетом внутреннего диаметра наружной трубы (D_BH) и диаметра внутренней трубы (d).

3. В условиях проведения эксперимента режим течения воды во всем
диапазоне расхода практически всегда остается ламинарным, и коэффициент
теплоотдачи может быть рассчитан по формуле (13). Для воды эта формула
приведена к виду

 

 

где А - величина, определяемая в зависимости от средней температуры воды по графической зависимости, представленной на рис. 4;

At - разность температур между стенкой и жидкостью, К.

Разность температур (At) можно определить следующим образом:

 

- температура поверхности стенки со стороны воды, К;

t_{cp x} - средняя температура воды, определяемая по формуле (16), К.

 

 

 

 

Рис. 4. Зависимость параметра А от средней разности температуры воды

Следует сказать, что значение температуры стенки со стороны воды (t_CT. _x) не известно и может быть найдено графическим методом последовательных приближений. В формуле (22) в связи с отсутствием точного значения температуры теплопередающей поверхности не возможно определить критерий Прандтля при температуре стенки (Рг_ст). Для предварительных расчетов коэффициента теплоотдачи (а_х) отношение (Рг / Рг_ст)⁰'²⁵ принимают равным единице.

4. Расчет коэффициента теплоотдачи сводится к подбору температуры стенки, удовлетворяющей равенству Q_r = Q_x = Q_CT = Q, которое делением на площадь поверхности теплопередачи приводится к виду

q_n = q_CT = q_x, (23)

где q_n, q_CT, q_x - плотность теплового потока (или теплонапряжение) со стороны пара, стенки и воды соответственно, Вт / м².

 

Плотность теплового потока со стороны пара равна (24)

 

где t_n - температура поступающего в теплообменник пара, К; •ст. п - температура поверхности стенки со стороны пара, К. Плотность теплового потока со стороны воды равна

(25)

где t_CT х - температура стенки со стороны воды, К; tcp. х ~ средняя температура воды, К.

Плотность теплового потока, проходящего через стенку равна X

 

 

где А, - теплопроводность материала теплопередающей стенки,

- толщина теплопередающей стенки, м.

Для тонкой стальной стенки перепадом температур по ее толщине можно пренебречь, тогда

Уравнение теплового баланса принимает несколько упрощенную форму

5. Температуру стенки в первом приближении можно рассчитать как:

(27)

При рассчитанной температуре стенки (t_CT) определяют коэффициент теплоотдачи по формуле (22). Далее по формулам (24) и (25) рассчитывают величины плотности теплового потока со стороны пара и со стороны воды. При условии q_n = q_x, температура теплопередающей стенки выбрана верно.

6. В случае если, следует задаться вторым приближением,

принимая температуру стенки близкой к температуре конденсации водяного пара. Расчеты по формулам (22), (24), (25) необходимо повторить.

7. На основании данных первого и второго приближений истинное значение температуры стенки может быть определено графическим построением зависимости плотности теплового потока от температуры стенки, как показано на рис. 5.

 

Рис. 5. Графический расчет температуры стенки

8. Все проведенные расчеты для режимов противотока и прямотока необходимо зафиксировать в табл. 3 и табл. 4.

9. Построить графическую зависимость опытного и теоретического значений коэффициента теплоотдачи от скорости воды.