Лабораторная работа №3 нагреваемой воды в испарителе к кипящему фреону.

Лабораторная работа №3
Цель работы: экспериментально определить коэффициент теплопередачи от
нагреваемой воды в испарителе к кипящему фреону.
Приборы и материалы:
1. Теплообменный аппарат
2. Термостат прокачивающий
3. Милливольтметр Щ 300
4. Образцовый дифференциальный манометр
5. Сосуд Дьюара
6. Термопара
7. Термопарный переключатель
8. Ротаметры
9. Вентили регулирующие
10. Лед
11.Рабочая жидкость – фреон-11
Место установки
№
термопары
п/п
Вход конденсатора 1
Выход конденсатора 2
Вход испарителя
3
Выход испарителя
3
t,°C
Vисп,
Vконд
Pм
t ,°С
3
3
дел./(м /с) дел./(м /с) дел. /Па нас
Обработка опытных данных и составление отчета.
По показаниям э.д.с. термопар (U, mV) с помощью тарировочной кривой,
найти температуры. С помощью интерполяционных формул найти расход
через конденсатор и испаритель.
Объемный расход через конденсатор:
Размеры конденсатора: d = 8 мм, внутренний диаметр,
D = 10 мм, наружный диаметр.
Lконд = 0,961 м, длина конденсатора,
а = 1,4·10-6 (м3/с)/дел.;
в = 3,442·10-5 м3/с.
Vконд(n) = a·n + в =
Объемный расход воды через испаритель:
Размеры испарителя: d 1 = 6мм = 6·10-3 м, внутренний диаметр,
d2 = 8 мм, наружный диаметр,
Lисп = 0,961 м, длина испарителя,
a1 = 5,019·10-7 (м3/с)/дел.;
BI = 2,49·10-6 м3/с.
Vисп (n) = a1·n + в1=
Образцовый дифференциальный манометр измеряет разность между
давлением в камере и атмосферным давлением, поэтому необходимо сначала
определить давление, измеренное манометром Рм, а затем добавить к нему
атмосферное давление Ратм = 101325 Па. Давление насыщенных паров фреона 11 в корпусе теплообменного аппарата:
Рм =
Рнас = Рм + Ратм =
Так как существует однозначная связь между температурой насыщенных
паров и давлением жидкости, то температуру паров можно определить по
давлению с помощью табличных данных зависимости Pнac = f (tнac). Общий
тепловой поток, который передается от воды к фреону можно определить по
формуле:
Q = ·Vисп·Ср·(tвхода – tвыхода) =
где р - плотность воды, ср - теплоемкость при постоянном давлении, tВХОД и
tВЬ1ХОД -температура воды на входе и на выходе из испарителя. Коэффициент
теплопередачи от воды к фреону -11:
k
Q
F  t ср
F  2rL  d 2 L  8  10 3  3.14  0.961 
где F - площадь поверхности испарителя, tcp — среднелогарифмическая
разность температур греющей и нагреваемой жидкости, в качестве нее
используют среднюю логарифмическую разность температур:
t ср 
t б  t м
t
ln б
t м
где t6 = tвхода – tнac - больший и tм = tвыхода – tнac меньший температурные
напоры между рабочими жидкостями. Если
tб =
tM =
t б

t м
t ср 
Коэффициент теплоотдачи от воды к стенке испарителя он определить по
формуле для турбулентного течения:
Nu = 0.021 Re 0.8Рг0.43
где Nu = (d)/ - критерий Нуссельта;  - коэффициент теплоотдачи, Вт/м К; d
- внутренний диаметр трубки испарителя, м;  - теплопроводность жидкости,
Вт/м К;
Re = (pud)/ - критерий Рейнольдса; р - плотность жидкости, кг/м3; uскорость течения жидкости, м/с;  - динамическая вязкость жидкости, Па с;
Рг = /а - критерий Прандтля, v - кинематическая вязкость жидкости, м /с;
a- температуропроводность жидкости, м/с.
Необходимые для расчета теплофизические свойства воды взять из табл. 2.
u1 
Vисп  4
d12

1 = 1 1 = 601.510 -6Пас
Рг = 3,925.
Re 
1u1d1

1
Из критерия Нуссельта получим:
1 
1
0.021  Re 0.8 Pr 0.43 
d1
Оценить коэффициент теплоотдачи от стенки испарителя к кипящему фреону.
Тепловой поток через единицу наружной поверхности трубы испарителя:
q
t ср
Q

d2
d
d
1
F
 2 ln 2 
1d1 2 w d1  2
где d1, d2 - внутренний и наружный диаметры трубы; 1 - коэффициент
теплоотдачи от воды к стенке трубы; 2 -коэффициент теплоотдачи от стенки
трубы к фреону; w - коэффициент теплопроводности стенки испарителя (w
=14 Вт/мК). Из последней формулы получим 2:
2 
1
t ср  F  d 2
d
d 
 
 2 ln 2 
Q
 1d1 2 w d1 

Так же можно записать q = k2 Δtср, где
k2 
1
 d

 2  d 2 ln d 2  1 
  d 2 w d1  2 
 1 1


k2 – коэффициент теплопередачи отнесенный к наружной поверхности трубы и
измеряется в Вт/м2К.
В практических расчетах при d2/d1  2 коэффициент теплопередачи можно
брать как для плоской стенки, погрешность расчета не превышает 4 %.
Выводы: