2020-05-12
173
1. Цель работы.
1.1 Изучение устройства, принципа действия змеевикового теплообменника.
1.2 Определение основных параметров.
2. Основные теории [1, с. 103...137], [2, с. 51...66].
3. Описание установки.
Рис. 1. Схема теплообменника змеевикового типа.
1. Корпус. - 1.2г — вода горячая.
2. Змеевик. - 1.2х — вода холодная.
3. Мешалка.
4. Передача косозубая.
4. Методика проведения.
После ознакомления с установкой набрасываем ее эскиз и проводим необходимые замеры.
5. Обработка данных [1,с. 133...135], [2, с. 51...66].
5.1 Определяем длину витка змеевика
l= √(πDв)² +t² ≈ πDв =...м,
где Dв — диаметр витка змеевика, м,
t — шаг витка, t=...м.
5.2 Длина трубы змеевика
L=nв l=...м,
где nв — число витков, nв =...шт.
5.3 Поверхность теплопередачи змеевика
F=Lπdср=...м2,
где dср — средний диаметр трубы змеевика,
dн+ dв
dср= ——— =...м,
2
где dн — наружный диаметр трубы змеевика, dн=...м,
dв — внутренний диаметр трубы змеевика, dв=...м.
|
|
|
5.4 Определяем количество воды в цилиндре установки
Wг = VφρнWг=...кг,
где V — объем цилиндра аппарата,
πD²
V=———*Н=...м³,
4
D — внутренний диаметр аппарата, D=...м,
Н — высота внутренней рабочей части аппарата, Н=...м,
φ — коэффициент заполнения, φ =... принимаем в зависимости от протекаемого процесса,
ρнWг — плотность горячей воды tг =40...80 °C по табл.3 [2,с. 127].
5.5 Количество холодной воды из теплового баланса Qг= Qх.
Wг Сwг (tгWн - tгWк) х
Wх = ————————— =...кг,
Сwх (tхWк - tхWн)
где tгWк — конечная температура горячей воды,
tгWк = tгWн -(10...40)=...°C,
tхWн — начальная температура холодной воды,
tхWн =10...18 °C,
tхWк — конечная температура холодной воды,
tхWк = ±(10...25)°C,
Сwг — средняя теплоемкость горячей воды при средней ее температуре, Сwг =...Дж/(кгК),
tгWн + tгWк
tгWср = —————=...
2
Сwх — средняя теплоемкость холодной воды при ее средней температуре, Сwх =...Дж/(кгК)
tхWн + tхWк
tхWср = —————=...
2
х — коэффициент, х=0,95...0,97, учитывающий 3...5% потерь тепла в окружающую среду.
5.6 Определяем полезную разность температур [1,с. 106], [2, с. 55]
Рис.2. К определению Δtср.
Из графика (см. рис.2) находим, что соотношение
Δtб tгWн - tхWк tгWк - tхWн
—— = ———— или ————— >2 или <2
Δtм tгWк - tхWн tгWн - tхWк
Если это отношение <2, то средняя разность температур определяется как среднеарифметическое, т.е.
Δtб + Δtм
Δtср= ———— =...°C
2
Если же это отношение >2, средняя разность температур определяется как среднелогарифмическое, т.е.
|
|
|
Δtб - Δtм
Δtср= —————, °C.
Δtб
2,3 * lq——
Δtм
5.7 Определяем продолжительность охлаждения воды.
Wг Сwг (tгWн - tгWк ) х
τ = —————————=...с.
3,6 *F *К Δtср
где К -коэффициент теплоотдачи, К= 0,7...0,8 кВт/(м²К),
х — коэффициент потерь тепла, х= 0,95...0,97
5.8 Определяем скорость движения воды в змеевике
4 Wхс
ωх = ——— =...м/с
πd²вρх
где Wхс — секундный расход воды
Wх
Wхс= —— =...кг/с,
τ
ρх — плотность холодной воды при ее средней температуре
Δtб + Δtм
Δtср= ———— =...°C,
2
ρх =...кг/м³ по табл. 2 [2, с.127].
5.9 Определяем критерий Рейнольдса для холодной воды
ωх dв
Reх = ——— =...
νх
где νх — кинематическая вязкость холодной воды при ее средней tсрх =... температуре, по табл. 2 [2,с. 127],
νх =...м/с².
Т.к. критерий Reх=... то режим движения..., тогда критериальное уравнение для определения коэффициента теплоотдачи от стенки к холодной воде трубы в змеевике определяется по [1, с.109],[2, с.52]
dн
Nuх = 0,021* Reх0,8* Prх0,43(1+1,77*——)=...,
R
где Prх — критерий Прандтля для холодной воды на табл. 2 [3,с. 141], Prх = …
R — радиус закругления трубы, R=...м.
Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к холодной воде в змеевике
Nuх λх
α2 = αх = ——— =...Вт/(м²К)
dв
5.10 Коэффициент теплоотдачи от горячей воды к трубе змеевика [2,с. 53].
5.11 Запишем критерий Reм для мешалки
n*d²
Reм= ———=...,
νг
где n — частота вращения мешалки, n=...об/с,
νг — кинематическая вязкость горячей воды,
νг =...м²/с по табл. 3 [2, с. 127]
d — диаметр мешалки, d=...м.
Критериальное уравнение для аппарата со змеевиком [2, с. 53] запишется для горячей воды
Nuг = с* Reм0,62* Prг0,33=...,
где с — коэффициент, учитывающий тип мешалки:
– для лопастной сл = 0,03,
– для пропеллерной сп = 0,08,
– для трибунной ст = 0,04.
Pr — критерий Прандля по табл. 2 [3, с. 141],
тогда коэффициент теплоотдачи от горячей воды к наружной поверхности трубы змеевика
Nuгλг
α1 =αг = ———=...Вт/(м²К)
dн
5.11 Коэффициент теплопередачи от горячей воды через стенку змеевика к холодной воде
π
К = ——————————————— =...Вт/(м²К)
1 2,3 dн 1
——— + ———*lq —— + ———
α1dн 2λст dв α2 dв
где λст — коэффициент теплопроводности материала трубы змеевика, λст =...Вт/(мК).
6. Вопросы для самопроверки.
6.1 Теплопередача, способы передачи, законы.
6.2 Основное уравнение теплопередачи, расшифровка, характеристика.
6.3 Определение К, Δtср, α1, α2 , τ, F, QН, Qо, Qв, Qк, Qпот.
6.4 Теплообменники, их типы, устройство, действие, расчет.
6.5 Пути интенсификации теплообмена.
7. Вывод, анализ.
8. Инструкция по технике безопасности на рабочем месте.
8.1 Проверить готовность установки к работе (привода мешалки, пусковых приборов пульта управления, заземление).
8.2 Не касаться токоведущих частей.
8.3 Не допускать механических повреждений цилиндра (в случае утечки горячей воды можно получить ожог).
8.4 В случае нарушения режима работы обесточить установку.
