Описание установки и порядок работы

Установка для испытания теплообменников включает в себя 4 теплообменника: змеевиковый, «труба в трубе», кожухотрубчатый водяной и кожухотрубчатый для подогрева воздуха. Их конструктивные параметры представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Конструктивные параметры теплообменных аппаратов

Параметры	Змеевиковый	Труба в трубе	Кожухотрубчатые
Водяной	Воздушный
Высота(длина), м	0,68	8,8	2,3
Наружный диаметр кожуха, м	0,34	0,06	0,21	0,32
Внутренний диаметр кожуха, м	0,328	0,05	0,20	0,30
Наружный диаметр трубок, м	0,015	0,025	0,025	0,025
Внутренний диаметр трубок, м	0,012	0,019	0,019	0,020
Количество трубок
Поверхность теплообмена, м2	0,35	0,61	1,27	2,60
Диаметр змеевика, м	0,25
Число витков
Число ходов

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 3. Для того, чтобы увеличить скорость движения холодной воды и, следовательно, повысить интенсивность теплообмена, внутри змеевика помещен цилиндр, диаметр которого равен 150 мм. Холодная вода движется не по всему аппарату, а по кольцевому зазору, образованному кожухом и цилиндром. Горячая вода подаётся в верхнюю часть аппарата. Расходы теплоносителей измеряются ротаметрами 2 и регулируются вентилями. Температуры теплоносителей на входе и на выходе из теплообменника измеряются термометрами сопротивления, работающими в комплекте с вторичным прибором. Для подачи горячей воды необходимо плавно открыть вентили на входе перед теплообменником и после него. Установить по ротаметру расход горячей воды, указанный преподавателем. Для подачи холодной воды также открыть соответствующие вентили и установить расход холодной воды по ротаметру. После прогрева установки (через 15-20 минут) снять показания температур. Результаты занести в таблицу 2.

Остановка проводится в последовательности обратной пуску.

Двухтрубный теплообменник – «труба в трубе» обеспечивает как прямоточное, так и противоточное движение горячего и холодного теплоносителей. Горячая вода подаётся в кольцевое пространство, образованное внутренними и кожуховыми трубами.

Расходы теплоносителей измеряются ротаметрами 2. Температуры горячей и холодной воды измеряются на входе и выходе теплообменника с помощью термометров сопротивления, которые работают в комплекте со вторичным прибором.

Для проведения работы необходимо открыть соответствующие вентили, установить по ротаметру расход горячей воды, указанный преподавателем. Далее открывают вентили на линии холодной воды и устанавливают расход холодной воды, указанный преподавателем.

После прогрева установки снимают показания температур. Результаты измерений заносят в таблицу 2.

Остановка проводится в последовательности обратной пуску.

Кожухотрубчатый водяной теплообменник является двухходовым, по трубному пространству которого проходит холодная вода. Горячая вода подается в межтрубное пространство, в котором установлены поперечные перегородки.

Расходы горячей и холодной воды измеряются ротаметрами 2 и регулируются вентилями. Вместо горячей воды в межтрубное пространство может подаваться пар. Для этого случая предусмотрен сборник конденсата 3. Температура горячей и холодной воды на входе и выходе из теплообменника измеряется термометрами сопротивления, работающими в комплекте со вторичным прибором.

После прогрева установки (через 15-20 минут) снять показания температур.

Результаты измерений заносят в таблицу 2.

Остановка производится в последовательности обратной пуску.

Кожухотрубчатый воздушный теплообменник предназначен для подогрева воздуха горячей водой. Воздух нагнетается вентилятором 3 в трубы теплообменника. Расход воздуха устанавливается с помощью заслонки 4. Горячая вода подаётся в межтрубное пространство теплообменника. Расход её регулируется с помощью вентиля и измеряется ротаметром 2.

Температура теплоносителей на входе и выходе теплообменника измеряется с помощью термометров сопротивления.

Установив расходы горячей воды и воздуха, заданные преподавателем, прогревают теплообменник в течение 15-20 минут для получения устойчивого режима.

Снимают показания температур. Полученные данные заносят в таблицу 2. Остановка установки производится в порядке обратном пуску.

Таблица 2 – Результаты измерений

№ п/п	Расход теплоносителя, м3/с	Температура горячего теплоносителя, °С	Температура холодного теплоносителя, °С
Горячего	Холодного	начальная	конечная	начальная	конечная

Измеренные в опытах величины позволяют рассчитать тепловую нагрузку аппарата, средние движущие силы процесса и коэффициенты теплопередачи. Кроме того, с помощью данных о расходе теплоносителей и конструктивных параметрах аппаратов рассчитываются коэффициенты теплоотдачи со стороны каждого теплоносителя и на основе их — коэффициент теплопередачи.

Таблица 3 – Рассчитанные величины

№ п/п	Количество тепла Q, Вт	Потери тепла QП, Дж/с	Средняя разность температур DtСР, К	Коэффициенты теплопередачи, Вт/м2 К
Отданное гор. теплоносителем	Принятое хол. теплоносителем	Опыт.	Рассчит.

Количество тепла, отданное горячим теплоносителем Q_ОБЩ и принятое холодным Q_ПОЛ рассчитывается по уравнениям (1, 2)

При этом объёмные расходы теплоносителей необходимо перевести в массовые.

G=Vr,

где: р - плотность теплоносителя, кг/м3.

Потери тепла находятся как разность Q_ОБЩ и Q_ПОЛ.

Их обычно выражают в процентах:

Средняя разность температур для прямотока и противотока рассчитывается по уравнению (3), а для сложного тока по уравнению (4).

Опытное значение коэффициента теплопередачи рассчитывается исходя из Q_ПОЛ и Dt_СР с учётом поверхности F.

Далее рассчитываются коэффициенты теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке a₁ и от стенки к холодному теплоносителю a₂ по соответствующим уравнениям. Для расчёта a₁ и a₂ требуются значения скоростей потоков w, которые находят путём деления объёмного расхода потока на площадь поперечного сечения.

w=V/S

Физические свойства теплоносителей берут при средней температуре.

По уравнению (6) определяют расчётное значение коэффициента теплопередачи и сравнивают с опытным.

Содержание отчета

Отчёт должен включать формулировку цели работы, схему установки, таблицы измеренных и рассчитанных величин, расчёты тепловой нагрузки, средней движущей силы процесса, коэффициентов теплопередачи, скоростей теплоносителей, коэффициентов теплоотдачи.

Контрольные вопросы

1. Какие виды переноса теплоты участвуют в теплообмене?

2. В чем состоит различие между процессами конвекции и теплоотдачи?

3. В чем причина различного распределения температур по толщинам плоской и цилиндрической стенки.

4. Приведите понятия температурного градиента и изотермической поверхности.

5. Запишите основное уравнение теплопередачи. В чем заключается физический смысл коэффициента теплопередачи?

6. Подобие процессов теплоотдачи. Критерии теплового подобия.

7. Как рассчитывается средний температурный напор?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. СТО ИрГТУ 005-2007 Общие требования к оформлению текстовых и графических работ студентов.

2. Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: учеб. пособие для вузов/К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков; под ред. чл.-корр. АН России П.Г. Романкова. -Изд. 13-е стер. –М.: ООО ТИД «Альянс»,2006. -576с.

3. Касаткин, А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: учеб. для студ. хим.-технол. специальностей вузов/ А.Г. Касаткин. -Изд.14-е стер. –М.: Альянс,2008. -750с.: а-ил

4. Дытнерский, Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: учеб. для вузов/Ю.И. Дытнерский. -Изд.2-е. В 2-х кн. –М.: Химия, 2002. -368с.: ил.