Определение коэффициента теплопредачи при течении жидкости при прямотоке и противотоке: Методические указания к лабораторной работе № 1 по курсу "Теплотехника"

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агенство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»

Кафедра " Машины и технология литейного производства "

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРЕДАЧИ ПРИ

ТЕЧЕНИИ ЖИДКОСТИ ПРИ ПРЯМОТОКЕ И ПРОТИВОТОКЕ

Методические указания к лабораторной работе 1

по курсу “ТЕПЛОТЕХНИКА”

для студентов специальностей 150101, 150106, 150400, 150204 дневной и заочной форм обучения

Комсомольск-на-Амуре 2008

УДК 621.745.5: 669.1

Определение коэффициента теплопредачи при течении жидкости при прямотоке и противотоке:  Методические указания к лабораторной работе 1 /  Сост. Б.М. Соболев. -  Комсомольск-на-Амуре:  Комсомольский-на-Амуре гос. техн. ун.-т, 2008. - 12 с.

Описана конструкция лабораторной установки. Приведена методика проведения экспериментов и обработки результатов по определению коэффициента теплопередачи при течении жидкости при прямотоке и противотоке. Предназначена для студентов специальностей 150101, 150106, 150400, 150204 дневной и заочной форм обучения.

Печатается по постановлению редакционно-издательского совета  Комсомольского-на-Амуре  государственного   технического университета.

Согласовано с отделом стандартизации.

Цель работы: экспериментально и на основе критериальных уравнений определить коэффициент теплопередачи при течении жидкости в трубах при прямотоке и противотоке, при различных расходах жидкости.

1.  ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Закономерности теплообмена при противоточном и прямоточном движении текучих (флюидных) сред могут быть найдены после решения задачи  конвективного теплообмена при следующих условиях. Поток холодной жидкости  движется по трубе постоянного сечения длиной L₀

Рисунок 1 Схемы распределения температур в движущемся слое при прямотоке (а), противотоке: б — т < 1,0; в — m = 1,0; г — т >1,0

Скорость движения его W_х  постоянна, что возможно, если массовый расход G_х = const. Начальная температура холодного потока равна t¢.  Поток нагревается и выходит из теплообменника на длине L₀, имея среднюю температуру t¢¢. Начальная температура горячего потока на входе  Т', а на выходе Т". Расход горячего потока постоянен и равен G_г. Теплоемкости холодного потока с_х и горячего потока  с_г в процессе теплообмена не изменяются и равны средним теплоемкостям.

Здесь рассматривается случай стационарного процесса, когда температуры на любом расстоянии от входа не меняются во времени. Для рассматриваемой задачи определяют температурное поле в потоках по длине теплообменника.

Для определения интересующих нас температур в этой задаче необходимо знать теплоемкости (водяные эквиваленты) потоков, представляющие произведение расходов потоков на их теплоемкости, т. е.

w_x=G_xc_x , w_г=G_гc_г

Выделим элементарный участок слоя, расходы холодного и горячего потоков через который составляют в единицу времени G_x и G_г .

Увеличение энтальпии холодного (нагреваемого) потока при его движении должно быть пропорциональным количеству теплоты, передаваемого горячим (охлаждающимся) потоком, т. е.

w_x dt = α_v(T-t)dx ,                                                              (1)

где α_v – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м² К), dx- характеризует объем холодного потока, имеющего площадь поперечного сечения 1 м².

Рассматривая теплоотдачу охлаждающегося потока, можно по аналогии заключить, что

w_г dt = α_v(T-t)dx,                                                               (2)

Решив систему двух уравнений, описывающих изменение температуры