Protsessy_i_apparaty_truba_v_trube


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им Р.Е. АЛЕКСЕЕВА»
ДЗЕРЖИНСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)
Кафедра «Процессы и аппараты химической и пищевой технологии»
Отчет о лабораторной работе
Испытание теплообменника «ТРУБА В ТРУБЕ»
Группа ______13-ХТ______

Студент ________________
Работа принята
«_____»_______________20____г. Преподаватель

Цель работы: ознакомление с конструкцией и принципом работы теплообменника «труба в трубе», методикой составления теплового баланса, а также экспериментальное определение коэффициента теплопередачи и сравнение его с расчетным значением.
Схема установки
Таблица экспериментальных и расчетных величин
Экспериментальные данные Расчетные величины
Температура горячего теплоносителя Температура холодного теплоносителя Расход горячего теплоносителя Расход холодного теплоносителя Тепло от горячей воды Тепло от холодной воде Потери тепла Критерий РейнольдсаКритерий Нуссельта Коэффициент теплоотдачи Коэффициент теплопередачи Относительная погрешность
tнгtкгtнхtкхVг ,м3/чGг ,кг/чVх, м3/чGх,кг/чQг, ВтQх, ВтQп, ВтReгReхNuгNuхαг, Вт/(м2/К)αх, Вт/(м2/К)Коп, Вт/(м2/К)Кр, Вт/(м2/К)∆, % 47,7 40,3 12,8 25,3 1,66 1623,6 1,1 1177,64 15428,62 15332,6 96,02 11818,49 18511,48 102,29 125,61 2594,07 3582,87 1252,66 104,17 Справочные данные: F=0,52 м2-поверхность теплообмена; L=7,5 м –длина теплообменной поверхности; Dнxs=57x3,5 мм-кожуховые трубы; dнxs=25x2-теплообменные тубы;сталь12Х18Н10Т-материал трубок.Расчет теплового баланса теплообменника
Количество тепла, принятое холодной воды (Вт), равно
Qх=Gхcхtкх-tнх=1097,83600*4190*25,3-12,8=15332,6 Вт,где Gх- массовый расход холодной воды, кг/с; cх- теплоемкость холодной воды при ее средней температуре (для расчетов можно принять равной 4190 Дж/(кг*К)).
Количество тепла, отданное горячей водой (Вт), равно
Qг=Gгcгtнг-tкг=1657,013600*4190*47,7-40,3= 15428,62 Вт,где Gг- массовый расход горячей воды, кг/с; cг- теплоемкость горячей воды при ее средней температуре (для расчетов можно принять равной 4190 Дж/(кг*К)).
Потери тепла в окружающую среду определяются из уравнения теплового баланса
Qп=Qг-Qх=15428,62-15332,6=96,02 Вт.Расчет экспериментального (опытного) значения коэффициента теплопередачи
Средняя движущая сила процесса
∆tср=∆tб-∆tмln(∆tб∆tм)=34,9-150,8459=23,53 °C,где ∆tб=tнг-tнх=47,7-12,8=34,9 °C, ∆tм=tкг-tкх=40,3-25,3=15 °C.Опытное значение коэффициента теплопередачи
Kоп=QхF*∆tср=15332,60,52*23,53=1252,66 Вт/(м2*К),где Q=Qх-тепловая нагрузка, Вт; F-теплопередающая поверхности м2; ∆tср-средняя движущая сила.Определение расчетного значения коэффициента теплопередачи
Скорость теплоносителей в каналах теплообменника
wг(х)=Vг(х)Sг(х),Vг(х)-объемный расход горячего или холодного теплоносителя, м3с; Sг(х)-площадь проходного сечения соответствующего канала, м2 .Sг=π4*Dвн2-Dн2=π4*0,0502-0,0252= 0,001471м2,Dвн=Dн-2*s=0,057-2*0,0035=0,050 м,wг=1,6636000,001471=0,313 мс.Sх=π4*dвн2=π4*0,0212=0,000346 м2,dвн=dн-2*s=0,025-2*0,002=0,021 м,wх=1,136000,000346=0,883 мс.Расчет средней температуры теплоносителей
tсрг=tнг+tкг2=47,7+40,32=44 °C,tсрх=tсрг-∆tср=44-23,53=20,47 °C,С помощью справочной литературы находим теплофизических свойств горячего cг=4174 Дж(кг*К), ρг=992,3 кгм3, μг=657·10-6 Па*с, λг=63,4·10-2 Вт(м*К) и холодного cх=4183 Дж(кг*К), ρх=998,3 кгм3, μх=1000·10-6Па*с, λх=59,9 Вт(м*К) теплоносителя (воды) при их средней температуре.Критерий Рейнольдса для горячего и холодного теплоносителя, с учетом теплофизических свойств, определенных при средних температурах теплоносителей
Reг=wг*dн*ρгμг=0,313*0,025*992,3657·10-6=11818,49Reх=wх*dвн*ρхμх=0,883*0,021*998,31000·10-6=18511,48Критерий Прандтля для теплоносителей, с учетом теплофизических свойств при средних температурах теплоносителей
Prг=cг*μгλг=4174*657·10-663,4·10-2=4,33Prх=cх*μхλх=4183*0,00159,9·10-2=6,98Значение критерия Нуссельта для холодной воды в теплообменной трубе (Re≥104)
Nuх=0,021*εl*Reх0,8*Prх0,43*PrPrст0,25Где εl=fRe;Ld- поправочный коэффициент, при отношении Ld>1 можно принять равным 1, PrPrст0,25принимается равным 1.
Nuх=0,021*1*18511,480,8*6,980,43*1=125,61Значение критерия Нуссельта для горячей воды в кольцевом канале
Nuг=0,023*Reг0,8*Prг0,4*Dвнdн0,45=0,023*11818,490,8*4,330,4*0,050,0250,45=102,29Коэффициент теплоотдачи для горячего и холодного теплоносителя
αгх=Nuг(х)*λг(х)dвн,αг=102,29*63,4·10-20,025=2594,07 Вт/(м2/К),αх=125,61*59,9·10-20,021=3582,87 Вт/(м2/К).Значение расчетного коэффициента теплопередачи, с учетом загрязнения теплопередающей поверхности, толщины и материала стенки теплообменной трубы
Kр=11α1+δстλст+r+1α2,где r- суммарное термическое сопротивление загрязнений стенок, (м2*К)Вт; δст- толщина стенки теплообменной трубы, м; λст- коэффициент теплопроводности материала трубок, =15Вт(м*К).
r=δгλг+δхλх=0,00350,634+0,0020,599=0,0088 (м2*К)Вт,Kр=112594,07+0,00215+0,0088+13582,87=104,17 Вт/(м2/К).Уточнение расчетного значения коэффициента теплопередачи
Расчет температуры стенки выполняются из соотношения
tст=tср.х+Kр*∆tсрαх=20,47+104,17*23,533582,87=21,15 °C.Определение теплофизических свойств холодного теплоносителя (воды) при температуре стенки cст=4183 Дж(кг*К), μст=804·10-6 Па*с, λст=59,8·10-2 Вт(м*К).
Критерий Прандтля при температуре стенки
Prст=cст*μстλст=4183*0,0008040,598=5,62.Коэффициент теплоотдачи для холодного теплоносителя (αх’=αх)
αх=αх’*PrхPrст0,25=3582,87*6,985,620,25=3782,34 Вт/(м2/К).Значение расчетного коэффициента теплопередачи с учетом загрязнения теплопередающей поверхности, толщины и материала стенки теплообменной трубы
Kр=11α1+δстλст+r+1α’,Kр=112594,07+0,00215+0,0088+13782,34=104,38 Вт/(м2/К).Сравнение опытного и расчетного коэффициентов теплопередачи
Сравнение коэффициентов
∆=Kр-KопKр*100%=104,38-1252,66104,38*100%=1100 %
Вывод: тепловые потери в окружающую среду в теплообменнике вызываются теплопроводностью стенок аппарата, режимом работы тепло-обменного аппарата, а также его конструкции. Потери могут возникать из-за несовершенства теплоизоляции. В данной работе тепловые потери составили Qп=96,02 Вт. Погрешности определения коэффициента теплопередачи, опытны и расчетные, связаны с тем, что при вычислении расчетного Кр учитываются загрязнения теплопередающей поверхности, толщина и материал стенки теплообменной трубы.

Приложенные файлы

  • docx 17981326
    Размер файла: 130 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий