Міністерство освіти і науки РФ
Іркутський Державний Технічний університет
Кафедра хімічної технології
Звіт з лабораторної роботи: випробування теплообмінників
Виконав:
Перевірив:
Іркутськ 2007
Мета роботи: Вивчити процес теплообміну в змійовику, кожухотрубчасті теплообмінниках, експериментально визначити коефіцієнти теплопередачі, розрахувати коефіцієнти теплопередачі за запропонованими залежностям і порівняти досвідчені і розраховані значення. Дослідити вплив швидкості потоку на інтенсивність теплопередачі, порівняти коефіцієнти теплопередачі, отримані для двох теплообмінників при однакових витратах теплоносіїв.
1. Змієвикових теплообмінник
Змієвикових теплообмінник є змійовик, поміщений в кожух. Гаряча вода рухається по змійовику, а холодна всередині кожуха. Крім гарячої води в змійовик може подаватися пар, і для цього випадку передбачено збірник конденсату С. Для того, щоб збільшити швидкість руху холодної води і, отже, підвищити інтенсивність теплообміну усередині змійовика поміщений циліндр, діаметр якого дорівнює 150 мм. Завдяки йому холодна вода рухається не по всьому апарату, а по кільцевому зазорі, утвореному кожухом і циліндром. При нормальній роботі холодна вода рухається протитечією через вентиль В8. Вентиль В9 відкривається в разі промивання апарату.
А - теплообмінник;
С - збірник конденсату;
Р - ротаметри;
В - вентилі;
Т - точки виміру температури.
Малюнок 1 - Схема змієвидного теплообмінника.
Витрата холодної води вимірюється ротаметром Р1 і регулюється вентилями В7, В8, В9. Температура холодної води на вході вимірюється термометром Т1, а на виході - термометром Т2 працюють у комплекті з електронним мостом. Гаряча вода подається у верхню частину апарата. Витрата її вимірюється ротаметром Р2 і регулюється вентилями В1, В2, ВЗ. Температура гарячої води на вході вимірюється термометром ТЗ, а на виході Т4. Вентиль В11 служить для повного випорожнення кожуха від рідини. Для подачі гарячої води необхідно плавно відкрити вентилі В1, В2, ВЗ, В4, В5, В6 і вентилем В3 встановити за вказівкою викладача з ротаметру Р2 витрата гарячої води. Для подачі холодної води відкрити вентилі В10, В8 і вентилем В7 по ротаметру Р1 встановити витрата холодної води. Після прогріву установки (через 15-20 хвилин) зняти показання температур за шкалою електронного автоматичного моста.
Таблиця 2: досвідчені дані
Для розрахунку беремо значення 3строкі. У нас протитечія.
Розрахунок: Кількість переданого тепла
Середня різниця температур:
З основного рівняння теплопередачі розраховуємо дослідне значення коефіцієнта теплопередачі:
За таблицями [1] визначаємо необхідні дані для подальшого розрахунку виходячи зі значень температур:
для гарячого при t сер = 76,6 К - μ г = 372,34 ∙ 10 -6 Па ∙ с;
λ г = 67,262 ∙ 10 -2 Вт / м ∙ К;
r загр.Г = 0,0005 м 2 ∙ К / Вт;
Pr Г = 2,3256
для холодного при t сер = 44,2 К - μ Х = 611,64 ∙ 10 -6 Па ∙ с;
λ Х = 63,988 ∙ 10 -2 Вт / м ∙ К;
r загр.Х = 0,0003 м 2 ∙ К / Вт;
Pr Х = 3,9866
Для сталевої стінки λ СТ = 46,5 Вт / м ∙ К.
Розрахунковий коефіцієнт теплопередачі:
Розрахунковий коефіцієнт теплопередачі:
Таблиця 3: розраховані величини:
2. Кожухотрубчасті водяний теплообмінник
Кожухотрубчасті водяний теплообмінник є апаратом з плаваючою голівкою, по трубах якого проходить холодна вода, а гаряча подається в міжтрубний простір.
Рисунок 2 - Схема кожухотрубчасті водяного теплообмінника
Іркутський Державний Технічний університет
Кафедра хімічної технології
Звіт з лабораторної роботи: випробування теплообмінників
Виконав:
Перевірив:
Іркутськ 2007
Мета роботи: Вивчити процес теплообміну в змійовику, кожухотрубчасті теплообмінниках, експериментально визначити коефіцієнти теплопередачі, розрахувати коефіцієнти теплопередачі за запропонованими залежностям і порівняти досвідчені і розраховані значення. Дослідити вплив швидкості потоку на інтенсивність теплопередачі, порівняти коефіцієнти теплопередачі, отримані для двох теплообмінників при однакових витратах теплоносіїв.
Таблиця1: конструктивні розміри теплообмінників
| Параметри | змієвикові | Кожухотрубчасті | |
| Водяний | Повітряний | ||
| Висота (довжина), м | 0,68 | 2,3 | 1 |
| Зовнішній діаметр кожуха (кожухові труб), м | 0,34 | 0,21 | 0,32 |
| Внутрішній діаметр кожуха (кожухові труб), м | 0,328 | 0,20 | 0,30 |
| Зовнішній діаметр трубок, м | 0,015 | 0,025 | 0,025 |
| Внутрішній діаметр трубок, м | 0,012 | 0,019 | 0,020 |
| Кількість трубок | 1 | 8 | 37 |
| Поверхня теплообміну, м 2 | 0,35 | 1,27 | 2,60 |
| Діаметр змійовика, м | 0,25 | ||
| Число витків | 10 | ||
| Число ходів | 1 | 2 | 1 |
1. Змієвикових теплообмінник
Змієвикових теплообмінник є змійовик, поміщений в кожух. Гаряча вода рухається по змійовику, а холодна всередині кожуха. Крім гарячої води в змійовик може подаватися пар, і для цього випадку передбачено збірник конденсату С. Для того, щоб збільшити швидкість руху холодної води і, отже, підвищити інтенсивність теплообміну усередині змійовика поміщений циліндр, діаметр якого дорівнює 150 мм. Завдяки йому холодна вода рухається не по всьому апарату, а по кільцевому зазорі, утвореному кожухом і циліндром. При нормальній роботі холодна вода рухається протитечією через вентиль В8. Вентиль В9 відкривається в разі промивання апарату.
А - теплообмінник;
С - збірник конденсату;
Р - ротаметри;
В - вентилі;
Т - точки виміру температури.
Малюнок 1 - Схема змієвидного теплообмінника.
Витрата холодної води вимірюється ротаметром Р1 і регулюється вентилями В7, В8, В9. Температура холодної води на вході вимірюється термометром Т1, а на виході - термометром Т2 працюють у комплекті з електронним мостом. Гаряча вода подається у верхню частину апарата. Витрата її вимірюється ротаметром Р2 і регулюється вентилями В1, В2, ВЗ. Температура гарячої води на вході вимірюється термометром ТЗ, а на виході Т4. Вентиль В11 служить для повного випорожнення кожуха від рідини. Для подачі гарячої води необхідно плавно відкрити вентилі В1, В2, ВЗ, В4, В5, В6 і вентилем В3 встановити за вказівкою викладача з ротаметру Р2 витрата гарячої води. Для подачі холодної води відкрити вентилі В10, В8 і вентилем В7 по ротаметру Р1 встановити витрата холодної води. Після прогріву установки (через 15-20 хвилин) зняти показання температур за шкалою електронного автоматичного моста.
Таблиця 2: досвідчені дані
| № | Витрата теплоносія м 3 / с | Температура гарячого теплоносія | Температура холодного теплоносія | |||
| Гарячого | Холодного | На вході | На виході | На вході | На виході | |
| 1 | 0,0003 | 0,00003 | 80,6 | 71,7 | 15,5 | 72 |
| 2 | 81 | 71,9 | 15,3 | 72,6 | ||
| 3 | 81,2 | 72 | 15,2 | 73,2 | ||
Розрахунок: Кількість переданого тепла
Середня різниця температур:
З основного рівняння теплопередачі розраховуємо дослідне значення коефіцієнта теплопередачі:
За таблицями [1] визначаємо необхідні дані для подальшого розрахунку виходячи зі значень температур:
для гарячого при t сер = 76,6 К - μ г = 372,34 ∙ 10 -6 Па ∙ с;
λ г = 67,262 ∙ 10 -2 Вт / м ∙ К;
r загр.Г = 0,0005 м 2 ∙ К / Вт;
Pr Г = 2,3256
для холодного при t сер = 44,2 К - μ Х = 611,64 ∙ 10 -6 Па ∙ с;
λ Х = 63,988 ∙ 10 -2 Вт / м ∙ К;
r загр.Х = 0,0003 м 2 ∙ К / Вт;
Pr Х = 3,9866
Для сталевої стінки λ СТ = 46,5 Вт / м ∙ К.
Розрахунковий коефіцієнт теплопередачі:
Розрахунковий коефіцієнт теплопередачі:
Таблиця 3: розраховані величини:
| № п / п | Кількість тепла, Q, Дж / с | Втрати тепла, Q П, Дж / с | Середня різниця температур Т ср, До | Коефіцієнти теплопередачі, Вт / | ||
| Віддане гарячим теплоносієм | Прийняте холодним теплоносієм | Досвідчений | Розрахунковий | |||
| 1 | 11263,73 | 7217,69 | 4046,04 | 24,89 | 828,52 | 30,4 |
2. Кожухотрубчасті водяний теплообмінник
Кожухотрубчасті водяний теплообмінник є апаратом з плаваючою голівкою, по трубах якого проходить холодна вода, а гаряча подається в міжтрубний простір.
Рисунок 2 - Схема кожухотрубчасті водяного теплообмінника
А - теплообмінник;
В - вентилі;
Р - ротаметри;
Т - точки виміру температур.
В - вентилі;
Р - ротаметри;
Т - точки виміру температур.
Витрата гарячої води вимірюється ротаметром Р1 і регулюється вентилями В1, В2, ВЗ, В4, В5. Витрата холодної води вимірюється ротаметром Р2 і регулюється вентилями В6, В7. Замість гарячої води в міжтрубний простір може подаватися пар. Для цього випадку передбачено збірник конденсату С. Температура гарячої та холодної води на вході виході вимірюється термометрами Т1, ТЗ, Т2, Т4, що працюють в комплекті з електронним мостом.
Для подачі гарячої води необхідно відкрити вентилі В1, В2, ВЗ, В4, В5 на 1-1.5 обороту і з допомогою вентиля ВЗ по ротаметру Р1 встановити заданий викладачем витрата гарячої води. Для подачі холодної води відкрити вентиль В7 і за допомогою вентиля В6 по ротаметру Р2 встановити витрата холодної води.
Після прогріву установки (через 15-20 хвилин) зняти показання термометрів Т1, Т2, ТЗ, Т4 за шкалою електронного автоматичного моста.
Таблицю 4: досвідчені дані
Для розрахунку беремо з таблиці усереднені значення рядка 4.
Розрахунок: Кількість переданого тепла
Середня різниця температур:
З основного рівняння теплопередачі розраховуємо дослідне значення коефіцієнта теплопередачі:
За таблицями [1] визначаємо необхідні дані для подальшого розрахунку виходячи зі значень температур:
для гарячого при t сер = 75,58 К - μ г = 377,542 ∙ 10 -6 Па ∙ с;
λ г = 67,1906 ∙ 10 -2 Вт / м ∙ К;
r загр.Г = 0,0005 м 2 ∙ К / Вт;
Pr Г = 2,354
для холодного при t сер = 48,35 К - μ Х = 566,82 ∙ 10 -6 Па ∙ с;
λ Х = 64,569 ∙ 10 -2 Вт / м ∙ К;
r загр.Х = 0,0003 м 2 ∙ К / Вт;
Pr Х = 3,678
Для сталевої стінки λ СТ = 46,5 Вт / м ∙ К.
Розрахунковий коефіцієнт теплопередачі:
Розрахунковий коефіцієнт теплопередачі:
Таблиця 5: розраховані величини:
3. Кожухотрубчасті повітряний теплообмінник
Кожухотрубчасті повітряний теплообмінник призначений для підігріву повітря гарячою водою. Повітря нагнітається вентилятором 2 в труби теплообмінника. Витрата повітря встановлюється за допомогою заслінки 6. Гаряча вода подається в міжтрубний простір теплообмінника. Витрата її регулюється за допомогою вентиля В3 і вимірюється ротаметром Р1.
Температура теплоносіїв на вході і виході теплообмінника вимірюється за допомогою термометрів опору.
1 - теплообмінник;
2 - вентилятор;
В3, В4, В5 - вентилі;
6 - заслінка;
Т1, Т2, Т3 - термометри.
Рисунок 3 - Схема кожухотрубчасті повітряного теплообмінника
Таблиця 6: досвідчені дані
Для розрахунку беремо з таблиці усереднені значення рядка 4.
Розрахунок: Кількість переданого тепла
Середня різниця температур:
З основного рівняння теплопередачі розраховуємо дослідне значення коефіцієнта теплопередачі:
За таблицями [1] визначаємо необхідні дані для подальшого розрахунку виходячи зі значень температур:
для гарячого при t сер = 82,65 К - μ г = 344,4 ∙ 10 -6 Па ∙ с;
λ г = 67,6 ∙ 10 -2 Вт / м ∙ К;
r загр.Г = 0,0005 м 2 ∙ К / Вт;
Pr Г = 2,1347
для холодного при t сер = 39,65 К -
λ Х = 2,7 ∙ 10 -2 Вт / м ∙ К;
r загр.Х = 0,0004 м 2 ∙ К / Вт;
Pr Х = 0,7328
Для сталевої стінки λ СТ = 46,5 Вт / м ∙ К.
Розрахунковий коефіцієнт теплопередачі:
Розрахунковий коефіцієнт теплопередачі:
Таблиця 7: розраховані величини:
Використана література:
1. Павлов К.Ф., Романків П.Г., Носков А.А.: «Приклади і задачі за курсом процесів і апаратів хімічної технології» - навчальний посібник для вузів.
Для подачі гарячої води необхідно відкрити вентилі В1, В2, ВЗ, В4, В5 на 1-1.5 обороту і з допомогою вентиля ВЗ по ротаметру Р1 встановити заданий викладачем витрата гарячої води. Для подачі холодної води відкрити вентиль В7 і за допомогою вентиля В6 по ротаметру Р2 встановити витрата холодної води.
Після прогріву установки (через 15-20 хвилин) зняти показання термометрів Т1, Т2, ТЗ, Т4 за шкалою електронного автоматичного моста.
Таблицю 4: досвідчені дані
| № | Витрата теплоносія м 3 / с | Температура гарячого теплоносія | Температура холодного теплоносія | |||
| Гарячого | Холодного | На вході | На виході | На вході | На виході | |
| 1 | 0,00032 | 0,000047 | 91 | 59,9 | 17,1 | 79,6 |
| 2 | 91,1 | 60,2 | 16,9 | 79,9 | ||
| 3 | 91,1 | 60,3 | 16,7 | 79,9 | ||
| 4 | 91,03 | 60,13 | 16,9 | 79,8 | ||
Розрахунок: Кількість переданого тепла
Середня різниця температур:
З основного рівняння теплопередачі розраховуємо дослідне значення коефіцієнта теплопередачі:
За таблицями [1] визначаємо необхідні дані для подальшого розрахунку виходячи зі значень температур:
для гарячого при t сер = 75,58 К - μ г = 377,542 ∙ 10 -6 Па ∙ с;
λ г = 67,1906 ∙ 10 -2 Вт / м ∙ К;
r загр.Г = 0,0005 м 2 ∙ К / Вт;
Pr Г = 2,354
для холодного при t сер = 48,35 К - μ Х = 566,82 ∙ 10 -6 Па ∙ с;
λ Х = 64,569 ∙ 10 -2 Вт / м ∙ К;
r загр.Х = 0,0003 м 2 ∙ К / Вт;
Pr Х = 3,678
Для сталевої стінки λ СТ = 46,5 Вт / м ∙ К.
Розрахунковий коефіцієнт теплопередачі:
Розрахунковий коефіцієнт теплопередачі:
Таблиця 5: розраховані величини:
| № п / п | Кількість тепла, Q, Дж / с | Втрати тепла, Q П, Дж / с | Середня різниця температур Т ср, До | Коефіцієнти теплопередачі, Вт / | ||
| Віддане гарячим теплоносієм | Прийняте холодним теплоносієм | Досвідчений | Розрахунковий | |||
| 1 | 40394,9 | 12123,3 | 28271,6 | 11,87 | 804,2 | 72,6 |
3. Кожухотрубчасті повітряний теплообмінник
Кожухотрубчасті повітряний теплообмінник призначений для підігріву повітря гарячою водою. Повітря нагнітається вентилятором 2 в труби теплообмінника. Витрата повітря встановлюється за допомогою заслінки 6. Гаряча вода подається в міжтрубний простір теплообмінника. Витрата її регулюється за допомогою вентиля В3 і вимірюється ротаметром Р1.
Температура теплоносіїв на вході і виході теплообмінника вимірюється за допомогою термометрів опору.
1 - теплообмінник;
2 - вентилятор;
В3, В4, В5 - вентилі;
6 - заслінка;
Т1, Т2, Т3 - термометри.
Рисунок 3 - Схема кожухотрубчасті повітряного теплообмінника
Таблиця 6: досвідчені дані
| № | Витрата теплоносія м 3 / с | Температура гарячого теплоносія | Температура холодного теплоносія | |||
| Гарячого | Холодного | На вході | На виході | На вході | На виході | |
| 1 | 0,00032 | 0,021 | 90 | 74 | 24 | 56 |
| 2 | 92 | 74 | 23 | 56 | ||
| 3 | 92 | 74 | 23 | 56 | ||
| 4 | 91,3 | 74 | 23,3 | 56 | ||
Розрахунок: Кількість переданого тепла
Середня різниця температур:
З основного рівняння теплопередачі розраховуємо дослідне значення коефіцієнта теплопередачі:
За таблицями [1] визначаємо необхідні дані для подальшого розрахунку виходячи зі значень температур:
для гарячого при t сер = 82,65 К - μ г = 344,4 ∙ 10 -6 Па ∙ с;
λ г = 67,6 ∙ 10 -2 Вт / м ∙ К;
r загр.Г = 0,0005 м 2 ∙ К / Вт;
Pr Г = 2,1347
для холодного при t сер = 39,65 К -
λ Х = 2,7 ∙ 10 -2 Вт / м ∙ К;
r загр.Х = 0,0004 м 2 ∙ К / Вт;
Pr Х = 0,7328
Для сталевої стінки λ СТ = 46,5 Вт / м ∙ К.
Розрахунковий коефіцієнт теплопередачі:
Розрахунковий коефіцієнт теплопередачі:
Таблиця 7: розраховані величини:
| № п / п | Кількість тепла, Q, Дж / с | Втрати тепла, Q П, Дж / с | Середня різниця температур Т ср, До | Коефіцієнти теплопередачі, Вт / | ||
| Віддане гарячим теплоносієм | Прийняте холодним теплоносієм | Досвідчений | Розрахунковий | |||
| 1 | 247,37 | 42,5 | 2,23 | 6,76 | ||
Використана література:
1. Павлов К.Ф., Романків П.Г., Носков А.А.: «Приклади і задачі за курсом процесів і апаратів хімічної технології» - навчальний посібник для вузів.