Краткие теоретические сведения по темам лабораторных работ, описание лабораторных стендов и методика проведения измерений, страница 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

ВОДО–ВОЗДУШНОГО  ТЕПЛООБМЕННИКА

1–термостат 2–теплообменники 3–ротаметр 4–панель управления

Цель работы:

Практическое освоение учебного материала дисциплины по темам «Коэффициент теплопередачи» и «Основы теплового расчета теплообменников»

1.Теоретическая часть

                  Коэффициент теплопередачи k, Вт/(м².К), является важнейшей характеристикой теплообменного аппарата, указываемой в его техническом паспорте наряду с площадью теплообменной поверхности F, тепловой мощностью аппарата Q, кВт, наименованием охлаждаемой и нагреваемой сред и их расходом - массовым G, кг/с, или объемным V, м³/с. Величины Q, F и k связаны соотношением

Q = Fk q_m,                                                    (1)

где q_m,⁰С – температурный напор между горячей и холодной жидкостями, осредненный по всей теплообменной поверхности (см.рис.1).

Рис.1. Схематичное изображение графика изменения температуры горячей и холодной жидкостей, текущих вдоль теплообменной поверхности F (случай прямотока). q _m,⁰С  - средний температурный напор; G_Г, G_X , кг/с – расход (поток)  горячей и холодной жидкостей.

Средний температурный напор q_m  связан с концевыми температурными напорами q_max и   q_min, также изображенными на рис.1. Если эти концевые напоры известны, то средний температурный напор вычисляют по среднелогарифмической формуле

                                                 (2)

Для приближенных вычислений используют среднеарифметическую формулу

                                                (3)

Коэффициентом теплопередачи k определяется теплопередающая способность теплообменной поверхности – как самой стенки, разделяющей горячую и холодную  жидкости, так и пограничных слоев, примыкающих к стенке со стороны горячей и холодной жидкости.

Наиболее просто физическое содержание коэффициента теплопередачи определяется, если теплообменная поверхность F в формуле (1) является поверхностью плоской стенки, не имеющей оребрений. Тогда коэффициент теплопередачи k, Вт/(м²К), выражается формулой

,                                             (4)

где a₁ , a ₂  , Вт/(м² К) – коэффициенты теплоотдачи через горячий и соответственно холодный пограничные слои,   l, Вт/(м К) – коэффициен6т теплопроводности материала стенки, d, м – толщина стенки.

В данной лабораторной работе выполняется поверочный тепловой расчет теплообменника.

Необходимо при известной площади теплообменной поверхности F определить фактическое значение коэффициента теплопередачи k по результатам измерения мощности теплового потока Q, Вт, и среднего температурного напора q_m⁰С.Если стенка не плоская, например, цилиндрическая или оребренная, то расчетной теплообменной поверхностью F в формуле (1) может служить или внутренняя поверхность трубы, или ее наружная поверхность, или даже поверхность оребрения. Каждой расчетной теплообменной поверхности F₁, F₂  или F_ОР одного и того же теплообменника отвечает свой коэффициент теплопередачи k₁, k₂ или k_ОР. Его определяют по формуле (1), представленной в виде