1. Расход холодной воды через ротаметр 3 определяется по формуле:
Расход горячей воды через ротаметр 4 определяется по формуле:
2. Рассчитать экспериментальное значение коэффициента теплопередачи (KТ, эксп), отнесенного к единице площади наружной поверхности теплообменных труб по формуле:
∆ ̅̅̅̅ ∙
где – Q – количество теплоты, передаваемой в единицу времени от одного теплоносителя к другому, или тепловой поток;
– средняя вдоль поверхности теплообмена разность температур
теплоносителей;
A – площадь поверхности теплообмена, вычисляемая по наружному диаметру теплообменных труб.
Количество теплоты, воспринимаемой в единицу времени холодным теплоносителем, определяется по формуле:
| Q1 = (ℎ1к − ℎ1н) ∙ m1 = (ℎ1к − ℎ1н) ∙ p1н ∙ V1, | (4) |
а количество теплоты, отдаваемой в единицу времени горячим теплоносителем, – по формуле:
| Q2 = (ℎ2н − ℎ2к) ∙ m2 = (ℎ2н − ℎ2к) ∙ p2н ∙ V2, | (5) |
где h 1н и h 1к – удельные энтальпии холодной воды при её начальной и конечной температуре в аппарате, соответственно;
h 2ни h 2к–удельные энтальпии горячей воды при её начальной и конечной температуре в аппарате, соответственно;
m 1и m 2–массовые расходы соответственно холодного и горячеготеплоносителей;
V 1и V 2–объёмные расходы соответственно холодного и горячеготеплоносителей;
Ρ 1ни Ρ 2н–плотности соответственно холодного и горячего теплоносителей при их начальных температурах.
Если Q 1≈ Q 2, то результаты лабораторных измерений являются вполне достоверными.
Обычно Q 1 оказывается немного больше Q 2, что объясняется теплообменом холодной воды с окружающей средой через стенку кожуха.
Для определения коэффициента теплопередачи рекомендуется при-нять:
Q1= Q2.
Средняя движущая сила теплопередачи (средняя разность темпера-тур теплоносителей в аппарате) определяется уравнением:
3. Полученное экспериментально значение коэффициента теплопередачи сравнивается со значением, рассчитанным по уравнению аддитивности термических сопротивлений:
где α н и α вн – коэффициенты теплоотдачи соответственно с наружной и внутренней стороны теплообменных труб;
d ни d вн–диаметры соответственно наружный и внутренний теплообменной трубы;
λ ст–теплопроводность материала теплообменной трубя(стенки).Для этого необходимо рассчитать коэффициенты теплоотдачи α н и
α вн.
3.1. Расчёт коэффициента теплоотдачи от поверхности теплообменной трубы к холодной воде (α 1= α вн) рекомендуется выполнять в следующем порядке:
а) определить физические свойства холодной воды (в частности, плотность – ρ 1; динамическую вязкость – μ 1; теплопроводность – λ 1) и критерий Прандтля при ее средней температуре в теплообменнике. Средняя температура холодного теплоносителя рассчитывается по формуле:
Здесь и далее через ∆ T1 и ∆ T2 обозначены конечные изменения температур сред, то есть ∆ T1 = T1н – T2к; ∆ T2 = 1к − Т2н.
б) рассчитать среднюю скорость воды в теплообменных трубах и число Рейнольдса (Re1);
в) рассчитать число Нуссельта (Nu1), используя одно из приведенных ниже критериальных уравнений (в зависимости от гидродинамического режима течения теплоносителя):
В уравнениях (9)…(12) все физические свойства среды (кроме помеченных индексом «ст») определяются при средней вдоль поверхности теплообмена температуре теплоносителя; индекс «ст» означает, что свойства среды определяются при температуре стенки.
Поскольку температуры теплообменных поверхностей в данном аппарате не измеряются, рекомендуется сделать следующие предположения:
Тогда может быть вычислена средняя температура стенки со сто-роны холодного теплоносителя:
что позволяет определить свойства воды и соответствующие критерии при данной температуре;
г) рассчитать коэффициент теплоотдачи
3.2. Расчет коэффициента теплоотдачи от горячей воды к поверхности теплообменных труб (a2 = aн) рекомендуется выполнять в следующем порядке:
а) определить физические свойства горячей воды (в частности, плотность – p 2; динамическую вязкость – μ 2; теплопроводность – λ 2) и критерий Прандтля при ее средней температуре в теплообменнике. Средняя температура горячего теплоносителя рассчитывается по формуле:
б) рассчитать число Рейнольдса (Re2). Скорость потока, входящая в число Рейнольдса, определяется по формуле:
где Sмтр = ⋯ м2 – расчетная площадь проходного сечения в межтрубном пространстве.
в) рассчитать число Нуссельта (Nu2). Принимая во внимание нестандартное размещение сегментных перегородок в межтрубном пространстве аппарата и, как следствие, существенное различие в площадях проходных сечений в разных местах этого пространства, коэффициент теплоотдачи от поверхности труб к потоку воды в данном конкретном аппарате рекомендуется определять из уравнения:
где Pr – критерий Прандтля; l – определяющий линейный размер, = н
l=dн – наружный диаметр теплообменной трубы.
При расчете Нуссельта необходимо знать температуру стенки. Тогда:
г) рассчитать коэффициент теплоотдачи
3.3. Определить по соответствующим справочникам теплопроводность материала теплообменной трубы при ее средней температуре, которую с достаточной точностью можно считать равной:
3.4. Рассчитать коэффициент теплопередачи (КТ,расч) по формуле (7).
Результат этого расчета обычно значительно превышает величину коэффициента теплопередачи, полученного в эксперименте.