Добавлен: 11.12.2023
Просмотров: 17
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»
Химико-технологический институт
Кафедра Машины и аппараты химических производств
Отчёт по лабораторной работе № 1
Тема: «Теплопередача»
Студент Камышев А.В.
гр. Х-300005
Преподаватель Ермаков С.А.
Екатеринбург
2023
Цель работы: изучение конструкций и принципа работы пластинчатого теплообменного аппарата и типа «труба в трубе>>
Задачи работы
1. Закрепление сведений о физической сущности переноса тепла от горячего теплоносителя к холодному и анализ факторов, влияющих на оптимизацию этого процесса.
2. Определение коэффициентов теплоотдачи в рекуперативных теплообменниках при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителя.
3. Экспериментальное исследование работы теплообменных аппаратов типа «труба в трубе» и пластинчатого с определением их тепловой нагрузки.
4. Исследование влияния теплофизических свойств охлаждающей среды на процессы теплообмена.
Теоретическая часть
Теплообменными аппаратами (теплообменниками) называются устройства, предназначенные для передачи тепла от одного теплоносителя к другому. По принципу действия теплообменные аппараты подразделяются на три вида: рекуперативные, регенеративные и смесительные.
В теплообменных аппаратах рекуперативного типа тепло передается от горячего теплоносителя к холодному через разделяющую их стенку, которая называется поверхностью теплообмена.
Основной характеристикой теплообменного аппарата является его тепловая нагрузка Q, Дж/с, которая показывает возможное количество тепла передаваемого в единицу времени и зависит от теплофизических свойств теплоносителей (вязкость, теплопроводность, плотность, теплоемкость), режима их движения. Важное влияние на величину тепловой нагрузки оказывают конструктивных особенностей аппарата (размеры, материал, состояние поверхности нагрева) и средняя по поверхности разность температур между греющей и нагреваемой средой.
При расчете теплообменных аппаратов изменение температур теплоносителей при их движении по теплообменнику учитывается введением в расчетную формулу среднего температурного напора ∆tср. Влияние остальных факторов учитывается коэффициентом теплопередачи К, который по физическому смыслу представляет собой количество тепла, передаваемого в единицу времени через единицу поверхности при разности температур между теплоносителями в один градус.
Формула для расчета количества тепла, передаваемого в теплообменном аппарате имеет вид:
Q = k • F • ∆tср
Однако на практике расчет теплообменного аппарата, как правило, сводится к определению теплопередающей поверхности аппарата F в зависимости от возможной тепловой нагрузки
F=Q/K∆tср
Тепловую нагрузку в этом случае определяют из теплового баланса аппарата без учета потерь
Q = M1 *ср1 (Т1н — Т1k) = M2 *ср2(Т1k к – Т2н),
где М1 и М2 - соответственно массовый расход греющей (горячей) и нагреваемой (холодной) среды, кг/с;
ср1 и ср2 - соответственно теплоемкость греющей и нагреваемой среды, кДж/(кг к);
Значение среднего температурного напора ∆tср зависит от начальных Т1н, Т2н и конечных Т1k, Т2k температур сред в теплообменном аппарате, а также от схемы его подсоединения. Если греющая и нагреваемая среда движутся в каналах аппарата в одном направлении, то такая схема движения называется прямоток, если в противоположных противоток.
Площадь передающей поверхности теплообменного аппарата “труба в трубе”
FТ= πdl=3.14∙0.012∙0.28=0.01 м2
Площадь передающей поверхности пластинчатого теплообменника
FП=0,12 м2
Результаты измерений и вычислений при испытаниях теплообменного аппарата “труба в трубе”
| Значения измеренных и вычисляемых параметров | ||||||||||||
| №№ п/п | t1н | t1к | t2к | t2н | М1 | М2 | Q1 | Q2 | ∆tб | ∆tм | ∆tср | К |
| С | С | С | С | Кг/с | Кг/с | Вт | Вт | С | С | С | Вт/(м2*К) | |
| Прямоток | ||||||||||||
| 1 | 68 | 68,4 | 48,6 | 59,5 | 1,81* 10-2 | 3,94* 10-2 | -30,2 | 1803,3 | 8,5 | 19,8 | 5,65 | 3191,6 |
| 2 | 66,5 | 66,8 | 48,1 | 57,7 | 1,81* 10-2 | 5,42* 10-2 | -22,7 | 2187,4 | 8,8 | 18,7 | 4,95 | 44189,9 |
| 3 | 69,5 | 69,3 | 52,3 | 60,9 | 1,81* 10-2 | 6,60* 10-2 | 15,1 | 2386,2 | 8,6 | 17 | 4,2 | 56814,3 |
| Противоток | ||||||||||||
| 1 | 70 | 68,1 | 46,1 | 52,4 | 1,91* 10-2 | 4,15* 10-2 | 143,7 | 1097,8 | 23,9 | 15,7 | 4,1 | 26775,6 |
| 2 | 67,4 | 66,1 | 50 | 51,5 | 9,88* 10-3 | 5,63* 10-2 | 98,4 | 283,7 | 17,4 | 14,9 | 1,25 | 22696 |
| 3 | 67,2 | 67 | 46,6 | 49,5 | 1,91* 10-2 | 6,72* 10-2 | 15,1 | 818,3 | 20,6 | 17,5 | 1,55 | 52793,5 |
Результаты измерений и вычислений при испытаниях пластинчатого теплообменного аппарата
| Значения измеренных и вычисляемых параметров | ||||||||||||
| №№ п/п | t1н | t1к | t2к | t2н | М1 | М2 | Q1 | Q2 | ∆tб | ∆tм | ∆tср | К |
| С | С | С | С | Кг/с | Кг/с | Вт | Вт | С | С | С | Вт/(м2*К) | |
| Прямоток | ||||||||||||
| 1 | 68 | 68,4 | 48,6 | 59,5 | 1,8* 10-2 | 3,93* 10-2 | 53,1 | 313,9 | 7 | 8,2 | 0,6 | 4359,7 |
| 2 | 66,5 | 66,8 | 48,1 | 57,7 | 1,8* 10-2 | 5,41* 10-2 | 37,8 | 818,8 | 5,5 | 8,6 | 1,55 | 4402,1 |
| 3 | 69,5 | 69,3 | 52,3 | 60,9 | 1,8* 10-2 | 6,59* 10-2 | 98,4 | 664,9 | 8 | 7,1 | 0,45 | 12312,9 |
| Противоток | ||||||||||||
| 1 | 70 | 68,1 | 46,1 | 52,4 | 1,95* 10-2 | 4,17* 10-2 | 1669,6 | 2241,3 | 22 | 12,7 | 4,65 | 4022 |
| 2 | 67,4 | 66,1 | 50 | 51,5 | 1,91* 10-2 | 5,63* 10-2 | 1263 ,8 | 449,2 | 18,1 | 1,8 | 7,1 | 527,2 |
| 3 | 67,2 | 67 | 46,6 | 49,5 | 1,93* 10-2 | 4,06* 10-2 | 680,4 | 238,7 | 20,4 | 12,8 | 3,8 | 523,5 |
Примеры расчетов:
Массовый расход
М1=V1ρ1=1.1/(1000*60) * 985.6 = 1.81*10-2
М2=V2ρ2=4*10-5985,6=3,94*10-2
Значения большего и меньшего температурных напоров:
Для прямотока ∆tб=t1H-t2H=68-59.5=8.5
Для противотока ∆tб=t1H-t2к=70-46,1=23,9
Теплопередача
Q1=M1cp1(t1H-t2H) = 1.81*10-2*4182(68-68.4)=-30.2
Q2=M2cp2(t2K-t2H) = 3,94*10-2*(48.6-59.5)=1803.3
K=Q/F∆tср = 1803.3/0.01*5.65=31916.8
Вывод:
Изучили принцип работы пластинчатого теплообменного аппарата и типа “труба в трубе”. Определили коэффициент теплоотдачи в рекуперативных теплообменниках при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителя.