Испытание теплообменников

Министерство образования и науки РФ

Иркутский Государственный Технический университет

Кафедра химической технологии

Отчет по лабораторной работе: испытание теплообменников

Выполнил:

Проверил:

Иркутск 2007 г.

Цель работы: Изучить процесс теплообмена в змеевике, кожухотрубчатом теплообменниках, экспериментально определить коэффициенты теплопередачи, рассчитать коэффициенты теплопередачи по предложенным зависимостям и сравнить опытные и рассчитанные значения. Исследовать влияние скорости потока на интенсивность теплопередачи, сравнить коэффициенты теплопередачи, полученные для двух теплообменников при одинаковых расходах теплоносителей.

Таблица1: конструктивные размеры теплообменников

1. Змеевиковый теплообменник

Змеевиковый теплообменник представляет собой змеевик, помещённый в кожух. Горячая вода движется по змеевику, а холодная внутри кожуха. Кроме горячей воды в змеевик может подаваться пар, и для этого случая предусмотрен сборник конденсата С. Для того, чтобы увеличить скорость движения холодной воды и, следовательно, повысить интенсивность теплообмена внутри змеевика помещен цилиндр, диаметр которого равен 150 мм. Благодаря ему холодная вода движется не по всему аппарату, а по кольцевому зазору, образованному кожухом и цилиндром. При нормальной работе холодная вода движется противотоком через вентиль В8. Вентиль В9 открывается в случае промывки аппарата.

А - теплообменник;

С - сборник конденсата;

Р - ротаметры;

В - вентили;

Т - точки замера температуры.

Рисунок 1— Схема змеевикового теплообменника.

Расход холодной воды измеряется ротаметром Р1 и регулируется вентилями В7, В8, В9. Температура холодной воды на входе измеряется термометром Т1, а на выходе - термометром Т2 работающим в комплекте с электронным мостом. Горячая вода подаётся в верхнюю часть аппарата. Расход её измеряется ротаметром Р2 и регулируется вентилями В1, В2, ВЗ. Температура горячей воды на входе измеряется термометром ТЗ, а на выходе Т4. Вентиль В11 служит для полного опорожнения кожуха от жидкости. Для подачи горячей воды необходимо плавно открыть вентили В1, В2, ВЗ, В4, В5, В6 и вентилем В3 установить по указанию преподавателя по ротаметру Р2 расход горячей воды. Для подачи холодной воды открыть вентили В10, В8 и вентилем В7 по ротаметру Р1 установить расход холодной воды. После прогрева установки (через 15-20 минут) снять показания температур по шкале электронного автоматического моста.

Таблица 2: опытные данные

Для расчета берем значения 3строки. У нас противоток.

Расчет: Количество передаваемого тепла

Средняя разность температур:

Из основного уравнения теплопередачи рассчитываем опытное значение коэффициента теплопередачи:

По таблицам [1] определяем необходимые данные для дальнейшего расчета исходя из значений температур:

для горячего при t_ср=76,6 К - µ_г=372,34∙10^-6 Па∙с;

λ_г=67,262∙10^-2 Вт/м∙К;

r_загр.Г=0,0005 м²∙К/Вт;

Pr_Г=2,3256

для холодного при t_ср=44,2 К - µ_Х=611,64∙10^-6 Па∙с;

λ_Х=63,988∙10^-2 Вт/м∙К;

r_загр.Х=0,0003 м²∙К/Вт;

Pr_Х=3,9866

Для стальной стенки λ_СТ=46,5 Вт/м∙К.

Расчетный коэффициент теплопередачи:

Расчетный коэффициент теплопередачи:

Таблица 3: рассчитанные величины:

2. Кожухотрубчатый водяной теплообменник

Кожухотрубчатый водяной теплообменник представляет собой аппарат с плавающей головкой, по трубам которого проходит холодная вода, а горячая подается в межтрубное пространство.

А – теплообменник;

В – вентили;

Р – ротаметры;

Т – точки замера температур.

Расход горячей воды измеряется ротаметром Р1 и регулируется вентилями В1, В2, ВЗ, В4, В5. Расход холодной воды измеряется ротаметром Р2 и регулируется вентилями В6, В7. Вместо горячей воды в межтрубное пространство может подаваться пар. Для этого случая предусмотрен сборник конденсата С. Температура горячей и холодной воды на входе выходе измеряется термометрами Т1, ТЗ, Т2, Т4, работающими в комплекте с электронным мостом.

Для подачи горячей воды необходимо открыть вентили В1, В2, ВЗ, В4, В5 на 1-1.5 оборота и с помощью вентиля ВЗ по ротаметру Р1 установить заданный преподавателем расход горячей воды. Для подачи холодной воды открыть вентиль В7 и с помощью вентиля В6 по ротаметру Р2 установить расход холодной воды.

После прогрева установки (через 15-20 минут) снять показания термометров Т1, Т2, ТЗ, Т4 по шкале электронного автоматического моста.

Таблицу 4: опытные данные

Для расчета берем из таблицы усредненные значения строки 4.

Расчет: Количество передаваемого тепла

Средняя разность температур:

Из основного уравнения теплопередачи рассчитываем опытное значение коэффициента теплопередачи:

По таблицам [1] определяем необходимые данные для дальнейшего расчета исходя из значений температур:

для горячего при t_ср=75,58К - µ_г=377,542∙10^-6 Па∙с;

λ_г=67,1906∙10^-2 Вт/м∙К;

r_загр.Г=0,0005 м²∙К/Вт;

Pr_Г=2,354

для холодного при t_ср=48,35 К - µ_Х=566,82∙10^-6 Па∙с;

λ_Х=64,569∙10^-2 Вт/м∙К;

r_загр.Х=0,0003 м²∙К/Вт;

Pr_Х=3,678

Для стальной стенки λ_СТ=46,5 Вт/м∙К.

Расчетный коэффициент теплопередачи:

Расчетный коэффициент теплопередачи:

Таблица 5: рассчитанные величины:

3. Кожухотрубчатый воздушный теплообменник

Кожухотрубчатый воздушный теплообменник предназначен для подогрева воздуха горячей водой. Воздух нагнетается вентилятором 2 в трубы теплообменника. Расход воздуха устанавливается с помощью заслонки 6. Горячая вода подается в межтрубное пространство теплообменника. Расход её регулируется с помощью вентиля В3 и измеряется ротаметром Р1.

1 – теплообменник;

2 – вентилятор;

В3, В4, В5 – вентили;

6 – заслонка;

Т1, Т2, Т3 – термометры.

Рисунок 3 – Схема кожухотрубчатого воздушного теплообменника

Таблица 6: опытные данные

Для расчета берем из таблицы усредненные значения строки 4.

Расчет: Количество передаваемого тепла

Средняя разность температур:

Из основного уравнения теплопередачи рассчитываем опытное значение коэффициента теплопередачи:

По таблицам [1] определяем необходимые данные для дальнейшего расчета исходя из значений температур:

для горячего при t_ср=82,65К - µ_г=344,4∙10^-6 Па∙с;

λ_г=67,6∙10^-2 Вт/м∙К;

r_загр.Г=0,0005 м²∙К/Вт;

Pr_Г=2,1347

для холодного при t_ср=39,65 К -

λ_Х=2,7∙10^-2 Вт/м∙К;

r_загр.Х=0,0004 м²∙К/Вт;

Pr_Х=0,7328

Для стальной стенки λ_СТ=46,5 Вт/м∙К.

Расчетный коэффициент теплопередачи:

Расчетный коэффициент теплопередачи:

Таблица 7: рассчитанные величины:

Используемая литература:

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А.: «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» - учебное пособие для вузов.