andrey

Путь к Файлу: /МГУТиУ / 3 курс 2708 пфо / методички / процессы и аппараты / труба в трубе.doc

Ознакомиться или скачать весь учебный материал данного пользователя
Скачиваний:   0
Пользователь:   andrey
Добавлен:   13.01.2015
Размер:   1.5 МБ
СКАЧАТЬ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ

(образован в 1953 году)

______________________________________________________________

           Кафедра «Процессы и аппараты пищевых производств»

 

     Дистанционное обучение        

        

 

 

 

 

Л.И. Кузьмина, В.П. Касьяненко

 

 

ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

 

Испытание теплообменника типа «труба в трубе»

Лабораторный практикум

для студентов механических и технологических специальностей для всех форм обучения

 

 

  труба в трубе

 

 

 

www. mgutm.ru

 

Москва - 2009

 

 

УДК

 

© Кузьмина Л.И., Касьяненко В.П. Процессы и аппараты пищевых производств. Испытание теплообменника типа «труба в трубе». Лабораторный практикум. – М.: МГУТУ, 2005.

 

 

            Рекомендовано Институтом информатизации образования РАО

 

 

         В лабораторном практикуме приведены описание установки, методика проведения испытания, обработка результатов, а также методика расчета. В конце даны контрольные вопросы для самопроверки, протокол испытания теплообменника.

 

 

 

         Лабораторный практикум предназначен для студентов специальностей 2103, 2105 – 2712, 1706, 0608 для всех форм обучения.

 

 

 

 

         Составители: доц. Кузьмина Лидия Ивановна

                                  доц. Касьяненко Виталий Петрович

 

 

         Рецензент:   проф., д.т.н. Горшенин П.А.

 

 

 

        Редактор:   Свешникова Н.И.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   © Московский государственный университет технологий и управления, 2009.

       109004 Москва, Земляной вал, 73.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

                                                                                                                      Стр.

1. Описание установки…………………………………………….     4

2.  Методика проведения испытания………………………………    5

3. Обработка результатов испытания и методика расчета………    5

4.   Содержание отчета………………………………………………   9

Контрольные вопросы для самопроверки…………………………    9

Протокол испытания теплообменника…………………………….    10

Приложение………………………………………………………….    11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ТЕПЛООБМЕНА МЕЖДУ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯМИ БЕЗ ИЗМЕНЕНИЯ ИХ АГРЕГАТНЫХ СОСТОЯНИЙ

В ТЕПЛООБМЕННИКЕ ТИПА «ТРУБА В ТРУБЕ».

        

Цель работы:  Практическое ознакомление с теплообменником типа «труба в трубе», проведение его испытания для определения основных закономерностей процесса теплообмена.

 

I. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ.

Работа проводится на установке, схема которой представлена на рис. 1.

Теплообменники типа «труба в трубе» представляют простейший вариант кожухотрубного теплообменника, в котором трубный пучок состоит из одной трубы. Соответствующим подбором диаметра внешней трубы (соответствующей корпусу кожухотрубного теплообменника) можно добиться высоких скоростей теплоносителей и коэффициентов теплоотдачи с обеих сторон внутренней трубы. В них можно применять как гладкие, так и оребренные трубы. Недостатки их состоят в большом расходе металла на 1м2 поверхности теплообменника и в больших габаритах. Эти недостатки вполне компенсируются высоким теплосъемом с 1м2 и уменьшением требуемой поверхности теплообмена.

Теплообменник типа «труба в трубе» (рис. 1) включает несколько расположенных друг над другом элементов, причем каждый элемент состоит из двух труб: наружной трубы  большего диаметра и концентрически расположенной внутри нее трубы. Внутренние трубы элементов соединены друг с другом последовательно; так же связаны между собой и наружные трубы.

  труба в трубе

Рис. 1

В теплообменнике происходит охлаждение горячей воды, которая выводится через вентиль (1) из внутренней трубы теплообменника, проходя последовательно все секции. Температура поступающей горячей воды измеряется термометром (2), а охлажденной – термометром (3). Холодная вода подается противотоком в кольцевое пространство через вентиль (6), отнимает теплоту горячей воды и сливается в канализацию. Температура холодной воды на входе и выходе фиксируется соответственно термометрами (4) и (5), а объем прошедшей холодной воды расходомером (7), горячей – расходомером (8).

II. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ.

Перед началом испытания аппарат готовят к пуску:

1. Открывают вентиль(6) для подачи холодной воды в аппарат, устанавливая наибольший расход холодной воды.

2. Открывают вентиль (1) для выхода из аппарата горячей воды.

С момента подачи горячей воды в аппарат начинает повышаться температура холодной воды на выходе из аппарата.

После того, как прогреется аппарат, температура нагретой воды станет постоянной. Момент установления постоянной температуры холодной воды на выходе из аппарата, характеризующий наступление стационарного режима, принимается за начало испытания.

В процессе испытания теплообменника типа "труба в трубе" через каждые 5 минут от начала работы регистрируют следующие величины:

температуру горячей воды на входе в аппарат   труба в трубе;

температуру горячей воды на выходе из аппарата   труба в трубе;

температуру холодной воды на входе в аппарат   труба в трубе;  

температуру холодной воды на выходе из аппарата   труба в трубе;

расход горячей воды  VОБЩ 1;

расход холодной воды VОБЩ 2;

Продолжительность испытаний 30 мин.

Полученные данные при испытании аппарата заносят в протокол.

По окончании испытаний аппарата выключают в следующем порядке:

закрывают вентиль для выхода горячей воды (1);

закрывают вентиль для подачи холодной воды (6).

 

III. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЯ

И МЕТОДИКА РАСЧЕТА.

Для расчета используют средние значения температур холодной и горячей воды, а также общие количества прошедших через аппарат горячей и голодной воды, определенные по данным протокола.

3.1. Определение коэффициента теплопередачи

Поверхностью теплообмена в аппарате являются трубы, поэтому коэффициент теплопередачи (  труба в трубе, [Вт/м.К])  рассчитывается по формуле для цилиндрической стенки:

                         труба в трубе    .

Коэффициент ( К, Вт/м2.К) можно определить по формуле для плоской стенки, в случае, если     труба в трубе,

                                    то   труба в трубе,

 где α1 и α2 - коэффициенты теплоотдачи с одной и с другой стороны

             разделяющей теплоносители стенки, Вт/м2.К;

        δ - толщина стенки, м;

  λ - коэффициент теплопроводности материала стенки, Вт/м.К. Для меди 384 Вт/м.К;

  dН и dВН - соответственно наружный и внутренний диаметры цилиндрической стенки.

 Расчет начинается с определения коэффициентов теплоотдачи.

Так как оба теплоносителя в процессе теплообмена не меняют агрегатного состояния, то методика расчета коэффициентов α1 и α2 одинакова.

Коэффициенты теплоотдачи α1 и α2  определяют из критериальных уравнений в зависимости от режима движения горячего и холодного теплоносителей. Режим движения теплоносителей определяет по числовому значению критерия Рейнольдса.

Критерий Рейнольдса Re характеризует режим движения жидкости

                  труба в трубе,

где  d - определяющий геометрический размер, м;

В данном случае, если теплоноситель протекает внутри трубы, то d = dВН, а для теплоносителя, протекающего в кольцевом пространстве d = dЭКВ.

 dЭКВ = DВН – dН,

где DВН - внутренний диаметр большой трубы, м;

    dН - наружный диаметр малой внутренней трубы, м;

    ν -  кинематический коэффициент вязкости, м2/с;

    μ - динамический коэффициент вязкости, Па.с;

    υ - скорость движения теплоносителя в трубе или в кольцевом пространстве, м/с.

Скорость движения теплоносителей рассчитывают из уравнения расхода

                                  труба в трубе,        труба в трубе.

Площадь живого сечения:

для горячей воды     труба в трубе.      

для холодной воды    труба в трубе.

В зависимости от режима движения выбирают критериальное уравнение:

а) ламинарный режим (Re > 2300)

                труба в трубе,     труба в трубе

где  d и ℓ - соответственно диаметр и длина труб, м;

б) переходная область (2300 < Re < 10000)

       труба в трубе       

в) турбулентный режим (Re > 10000)

                          труба в трубе.

В выражения критериальных уравнений входит критерий Прандтля Pr, который характеризует теплофизические свойства теплоносителей

                                     труба в трубе,

где СP - удельная теплоемкость теплоносители, Дж/кг.К;

   а - коэффициент температуропроводности, м2/c;

   λ - коэффициент теплопроводности теплоносителя, Вт/м.К.

Параметры ρ, СР, λ, ν, μ, а   теплоносителей находят по прилож.2 по средней температуре теплоносителей.

После нахождения числовых значений критериев Re и Pr по выбранному критериальному уравнению рассчитывают критерий Нуссельта Nu , а затем уже из формулы   труба в трубе определяет коэффициент теплоотдачи α.

После определения коэффициента теплопередачи К записывают основное уравнение теплопередачи, имеющее вид

                  труба в трубе,

где Q - количество теплота, переданное от горячего теплоносителя к холодному, Вт (определяется из уравнения теплового баланса);

      К - коэффициент теплопередачи, Вт/м2.К;

      F - поверхность нагрева аппарата, м2 ;

      ΔtСР - средний температурный напор. К;

      τ - продолжительность процесса, С.

Характер изменения разности температур между теплоносителями зависит от направления их потоков (для случая, когда агрегатное состояние теплоносителей в процессе обмена не меняется). В нашем случае – противоток.

Вдоль поверхности теплообмена разность температур изменяется по экспоненциальному закону.

 

  труба в трубе

 

Рис. 2

 

Средняя разность температур в этом случае может быть найдена из соотношения 

                                     труба в трубе.

После интегрирования вышеуказанного выражения получим:

                               труба в трубе,   

где ΔtБ – и ΔtМ - соответственно большая и меньшая разность температур между теплоносителями.

Если соотношение   труба в трубе, среднюю разность температур с достаточной точностью можно определять как среднеарифметическую

                               труба в трубе.             

Определение потерь тепла в окружающую среду производят по формуле                                  труба в трубе,       

где Q1 - количество теплоты, отданное горячей водой

                                      труба в трубе;       

Q2 - количество теплоты, воспринятое холодной водой

                              труба в трубе

Далее составляется уравнение теплового баланса

              труба в трубе,

где η – коэффициент, учитывающий полезное использование теплоты в    аппарате:      труба в трубе.

IV. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Схема установки.

2. Таблица (протокол) опытных данных.

3.  Расчет.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1.  Какой аппарат называется теплообменным?

2.  Какие различают теплообменные аппараты?

3.      Что является целью проектного расчета и что проверочного?

4.      Какие уравнения являются основными расчетными уравнениями?

5.      Что понимают под тепловой нагрузкой аппарата?

6.      Как записывается уравнение теплового баланса при теплообмене теплоносителей, не изменяющих агрегатного состояния?

7.      Как записывается основное уравнение теплопередачи? .

8.      Физический смысл коэффициентов теплопередачи и теплоотдачи.

9. Что понимают под средним температурным напором (средней разностью температур)?

10. Как определяется средняя разность температур в зависимости от направления теплоносителей?

11. Какие критерии теплового подобия используются при расчете коэффициентов теплоотдачи? Что характеризуют эти критерии?

 

                                                                                                          Приложение 1.

ПРОТОКОЛ

испытания теплообменника типа «труба в трубе»

 

                                                                                                 Дата ______________

 

                       Число секций – 3

                       Длина секций – 1000 мм

                       Диаметр внутренней трубы – 16/18 мм

                       Диаметр наружной трубы – 26/28 мм

 

Номера замер.

Время замер.

             Горячая вода 

          Холодная вода

 

 

Температура на входе

Температура на выходе

Объем, прошедшей воды

Температура на входе

Температура на выходе

Объем, прошедшей воды

 

   τ

   t'1

   t''1

  VОБЩ 1

   t'2

   t''2

  VОБЩ 2

 

 мин

     0С

     0С

    м3

     0С

     0С

     м3

   1.

 

 

 

 

 

 

 

   2.

 

 

 

 

 

 

 

   3.

 

 

 

 

 

 

 

      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                        Приложение 2.

Теплофизические свойства воды (на линии насыщения)

 

     t

     ρ

 СР.10-3

   λ.102

    а.107

   μ.106

   ν.106

     0С

     кг/м3

Дж/кг.К

Вт/м.К

  м2

  Па.с

  м2

     0

   1000

   4,23

   55,1

   1,31

   1790

   1,79

10

   1000

   4,19

   57,5

   1,37

   1310

   1,31

     20

    998

   4,19

   59,9

   1,43

   1000

   1,01

     30

    996

   4,18

   61,8

   1,49

    804

   0,81

     40

    992

   4,18

   63,4

   1,53

    657

   0,66

     50

    988

   4,18

   64,8

   1,57

    549

   0,556

     60

    983

   4,18

   65,9

   1,61

    470

   0,478

     70

    978

   4,19

   66,8

   1,63

    406

   0,415

     80

    972

   4,19

   67,5

   1,66

    355

   0,365

     90

    965

   4,19

   68,0

   1,68

    315

   0,326

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кузьмина Лидия Ивановна

Касьяненко Виталий Петрович

Испытание теплообменника типа «труба в трубе»

Лабораторный практикум

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            Редактор

 

 

            

             Тираж:

             Заказ №

 

Наверх страницы

Внимание! Не забудьте ознакомиться с остальными документами данного пользователя!

Соседние файлы в текущем каталоге:

На сайте уже 21970 файлов общим размером 9.9 ГБ.

Наш сайт представляет собой Сервис, где студенты самых различных специальностей могут делиться своей учебой. Для удобства организован онлайн просмотр содержимого самых разных форматов файлов с возможностью их скачивания. У нас можно найти курсовые и лабораторные работы, дипломные работы и диссертации, лекции и шпаргалки, учебники, чертежи, инструкции, пособия и методички - можно найти любые учебные материалы. Наш полезный сервис предназначен прежде всего для помощи студентам в учёбе, ведь разобраться с любым предметом всегда быстрее когда можно посмотреть примеры, ознакомится более углубленно по той или иной теме. Все материалы на сайте представлены для ознакомления и загружены самими пользователями. Учитесь с нами, учитесь на пятерки и становитесь самыми грамотными специалистами своей профессии.

Не нашли нужный документ? Воспользуйтесь поиском по содержимому всех файлов сайта:



Каждый день, проснувшись по утру, заходи на obmendoc.ru

Товарищ, не ленись - делись файлами и новому учись!

Яндекс.Метрика