Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ для студентов всех форм обучения всех специальностей Бийск icon

Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ для студентов всех форм обучения всех специальностей Бийск


Смотрите также:
Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов всех форм обучения...
Методические рекомендации по выполнению курсовых проектов (курсовых работ) для студентов...
Методические рекомендации по выполнению практических работ по курсу «Метрология...
Методические рекомендации по выполнению самостоятельной работы для студентов заочной формы...
Методические указания к выполнению лабораторных работ 4 8 по курсу «Сопротивление материалов»...
Темы рефератов и методические рекомендации по их оформлению для студентов всех специальностей и...
Методические рекомендации и темы рефератов для студентов всех специальностей дневной и вечерней...
Методические рекомендации по выполнению самостоятельной работы для студентов заочной формы...
Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов всех форм обучения...
Методические рекомендации по выполнению дипломных работ (проектов) для студентов специальностей...
Методические рекомендации и планы семинарских занятий для студентов всех специальностей дневной...
Методические указания к лабораторным работам для студентов строительных специальностей всех форм...



Загрузка...
страницы: 1   2   3   4   5   6
вернуться в начало
скачать


^ Обработка экспериментальных данных


Обработку полученных результатов начинают с построения индикаторной диаграммы (рисунок 5).



Рисунок 5 – Экспериментальная индикаторная диаграмма

По оси ординат откладывают абсолютное давление. Для удобства построения сначала наносится линия барометрического давления. Вверх от нее откладывается величина абсолютного давления в нагнетательном трубопроводе (), а вниз – во всасывающем (). Значение давлений и рассчитываются по уравнениям:

(2.3)

, (2.4)

где – величина барометрического давления, Па;

– средняя величина измеренного давления, создаваемого компрессором, Па.

– средняя величина разряжения, создаваемого компрессором.

При построении диаграммы рекомендуется придерживаться следующего масштаба: 1см Па.

Величины давления и обозначаются горизонтальными линиями.

По оси абсцисс откладываются размеры вредного пространства и ход поршня:

– длина вредного пространства (принять равной 2 мм);

– ход поршня, соответствующий моменту открытия нагнета-тельного клапана, мм;

– ход поршня, соответствующий моменту открытия всасыва-ющего клапана, мм.

Для вычислений значений и воспользоваться соотноше-ниями:

(2.5)

, (2.6)

где – полный ход поршня (равен 45 мм);

– угол поворота коленчатого вала компрессора, соответствую-щий моменту открытия нагнетательного клапана;

– угол поворота коленчатого вала компрессора, соответствую-щий моменту начала открытия всасывающего клапана.

Точки пересечения горизонтальных линий абсолютного давления в нагнетательном и всасывающем трубопроводах с соответствующими вертикальными линиями, характеризующими ход поршня, соединяются прямыми линиями. При этом получается индикаторная диаграмма поршневого компрессора, несколько отличающаяся от действительной.

При нанесении точек, отвечающих значениям , , , , на ось абсцисс масштаб расстояний следует увеличить вдвое, т.е. 1 мм хода поршня равен 2 мм на графике.

Теоретически процессы сжатия (1–2) и расширения (3–4) в компрессорах и двигателях внутреннего сгорания рассматриваются как адиабатические. Реальные процессы сопровождаются теплообменом и идут по политропе. В расчетах обычно пользуются средними величинами показателей политропы, значения которых лежат в интервале 1<n<k.

В данной работе, после построения индикаторной диаграммы, необходимо определить средние величины показателей политроп сжатия – и расширения – .

Для этого можно воспользоваться уравнением, связывающим параметры газа в политропном процессе:

. (2.7)

Если уравнение (2.7) прологарифмировать и полученное выраже-ние разрешить относительно n, то получим:

. (2.8)

Т.е. из соотношения (2.8) можно рассчитать показатель политропы n.

Политропа процесса сжатия газа в компрессоре находится из выражения

, (2.9)

где и – абсолютные давления во всасывающем и нагнетатель-ном трубопроводах компрессора;

– объем, соответствующий точке 2 на индикаторной диаграмме (см. рисунок 5);

– объем, соответствующий точке 1 на индикаторной диаграмме.

Политропу процесса расширения газа можно определить из уравнения:

(2.10)

где – объем, соответствующий точке 3 на диаграмме;

– объем, соответствующий точке 4.


Объемы находят умножением хода поршня на площадь цилиндра компрессора:

, (2.11)

где d – диаметр компрессора (40 мм).

Тогда

; (2.12)

, ; (2.13)

; (2.14)

, . (2.15)

Так как в компрессоре сжимается воздух, то надо сравнить показатели политроп, полученные экспериментально, с показателем адиабаты воздуха (k=1,4).


Контрольные вопросы


  1. Компрессоры – это…

  2. Основные виды компрессоров, их достоинства и недостатки.

  3. Принципиальное устройство поршневого компрессора.

  4. Индикаторная диаграмма работы компрессора.

  5. РV- и TS-диаграммы политропного процесса.

  6. Вредное пространство.

  7. Сравнение адиабатного и политропного сжатия в компрессоре.

  8. Распределение компрессоров по степени сжатия.

^ 3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3. ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В ДВУХТРУБНОМ ТЕПЛООБМЕННИКЕ ТИПА «ТРУБА В ТРУБЕ»


Цель работы: ознакомиться с устройством теплообменника типа «труба в трубе» и исследовать его работу, а также провести тепловой, проектный и проверочный расчеты.


^ Теоретическая часть


Основное уравнение теплопередачи


Основное уравнение теплопередачи имеет вид:

, (3.1)

где ^ Q – количество переданного тепла, Вт;

К – коэффициент теплопередачи, ;

S – поверхность нагрева аппарата, ;

tср – средний температурный напор, К.

Коэффициент теплопередачи К является основной величиной, характеризующей эффективность работы теплообменных аппаратов.

Коэффициент теплопередачи можно определить по следующей формуле для плоской стенки:

, (3.2)

где – коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к по-верхности нагрева, ;

– коэффициент теплоотдачи от поверхности нагрева к холод-ному теплоносителю, ;

– толщина стенки, м;

– коэффициент теплопроводности материала поверхности нагрева, .

Интенсивность теплоотдачи зависит от свойств теплоносителей и характера их движения, в соответствии с этим методика определения коэффициента теплоотдачи различна.

^ Уравнение теплового баланса


При работе теплообменных аппаратов в результате теплообмена происходит уменьшение энтальпии горячего теплоносителя и повышение энтальпии холодного теплоносителя.

Методика определения количества отданного и поглощенного тепла (тепловой нагрузки) зависит от агрегатного состояния теплоносителей.

Так, при нагревании и охлаждении без изменения агрегатного состояния теплоносителя уравнение теплового баланса для непрерывных процессов имеет вид:

, (3.3)

где – количество горячего и холодного теплоносителей, про-ходящих через аппарат за единицу времени, кг/с;

c1, с2 – удельная теплоемкость горячего и холодного теплоноси-телей, ;

, – начальная и конечная температуры горячего теплоноси-теля, °С;

, – начальная и конечная температуры холодного теплоноси-теля, °С;

– потери тепла в окружающую среду за единицу времени, Вт.

При нагревании жидкости или газа сухим насыщенным паром уравнение теплового баланса имеет вид:

, (3.4)

где ^ D – количество пара, прошедшего через аппарат, кг/с;

r – удельная теплота парообразования, Дж/кг.


Теплоотдача без изменения агрегатного состояния теплоносителя


При вынужденном (принудительном) движении теплоносителя (жидкость или газ) коэффициент теплоотдачи определяется из критериального уравнения, имеющего общий вид:

(3.5)

Для расчета выбирается критериальное уравнение в зависимости от режима движения теплоносителя в аппарате.

Для теплоносителя внутри прямых вертикальных труб при ламинарном режиме (Re<2300):

; (3.6)

при переходном режиме (2300<Re< 10000):

; (3.7)

при турбулентном режиме (Re> 10000):

. (3.8)

Критерий Рейнольдса Re характеризует режим движения тепло-носителя:

, (3.9)

где – коэффициент кинематической вязкости, ;

– определяющий размер аппарата, м.

Критерий Нуссельта Nu характеризует интенсивность теплообмена:

, (3.10)

где – коэффициент теплоотдачи, .

По приведенным формулам подсчитывают значение критериев, а затем по выбранному в зависимости от режима движения критериальному уравнению определяют критерий Нуссельта Nu. По найденному критерию Нуссельта рассчитывают коэффициент теплоотдачи.


^ Теплоотдача при конденсации пара


В химической промышленности очень широко применяются процессы, сопровождающиеся изменением агрегатного состояния веществ: испарение, конденсация, плавление или кристаллизация. Теплообмен в этих процессах имеет ряд особенностей:

  1. тепло распространяется при постоянной температуре (темпе-ратура фазового превращения, т.е. температура кипения или конденса-ции);

  2. тепло одновременно распространяется в двух фазах.

Если в качестве горячего теплоносителя используется сухой насыщенный пар, то при соприкосновении его с поверхностью нагрева за счет отдачи тепла происходит конденсация пара.



Рисунок 6 – Схема конденсации пара

Конденсация бывает капельная и пленочная (рисунок 6). При капельной конденсации (рисунок 6а) образующийся конденсат осаж-дается на несмачиваемой поверхности в виде отдельных капель. При пленочной конденсации (рисунок 6б) конденсат образует на поверх-ности нагрева сплошную пленку. В этом случае интенсивность тепло-отдачи ниже, чем при капельной конденсации, так как передача тепла от пара к поверхности нагрева происходит через сплошную пленку конденсата, которая оказывает большое термическое сопротивление, поэтому толщина пленки существенно влияет на теплоотдачу.

Коэффициент теплоотдачи при пленочной конденсации опреде-ляется из критериального уравнения:

, (3.11)

где Ga – критерий Галлилея;

Кu – критерий Кутателадзе.

Из этого уравнения можно найти коэффициент теплоотдачи при конденсации пара:

, (3.12)

где А – коэффициент, зависящий от расположения поверхности нагрева; для вертикальных аппаратов , для горизонтальных

;

r – удельная теплота парообразования, ;

– плотность пленки конденсата, ;

– коэффициент теплопроводности пленки конденсата,;

– коэффициент кинематической вязкости пленки конденсата, ;

– перепад температур на пленке конденсата, К;

H – высота стенки, на которой происходит конденсация, м; для вертикальных аппаратов , для горизонтальных .

Перепад температур на пленке конденсата равен разности температур пара и стенки со стороны пара:

. (3.13)

Все параметры пленки конденсата зависят от ее средней температуры, которая определяется как среднеарифметическая величина температуры пара и стенки.


^ Определение температур стенок


В ряде случаев определение коэффициента теплоотдачи  невозможно без значения температуры более нагретой поверхности стенки или температуры менее нагретой ее поверхности .

Температуру стенки находят методом последовательных приближений: задавшись произвольно этой температурой, определяют , рассчитывают К по формуле (3.2), а затем по приведенным ниже формулам проверяют сходимость рассчитанной величины.

В качестве первого приближения принимают температуру стенки по уравнениям:

; (3.14)

. (3.15)

Повторяют вычисление , , и . Расчет заканчивается, когда для последних значений К и не различаются больше чем на 2 %; полученные в последних вычислениях , и принимаются за окончательные.


^ Двухтрубные теплообменники типа «труба в трубе»


Секционные теплообменники являются разновидностью трубча-тых аппаратов, состоят из нескольких последовательно соединенных секций, каждая из которых представляет собой трубчатый пучок с малым числом труб, помещенных в кожух небольшого диаметра. В секционных аппаратах, сравнительно простых по конструкции, даже без внутренних перегородок легко достижимы благоприятные для хорошего обмена условия – противоточное движение теплоносителей, а также достаточно высокие и примерно равные их скорости.

Теплообменники типа «труба в трубе» (рисунок 7), называемые также двухтрубными, представляют собой разновидность секционных аппаратов и применяются при небольших расходах, но высоких давлениях теплоносителей. Небольшие поперечные сечения внутренней трубы и кольцевого зазора позволяют достичь высоких скоростей теплоносителей.



I, II – теплоносители; 1 – наружная труба; 2 – внутренняя труба;

3 – соединительное колено; 4 – патрубок

Рисунок 7 – Теплообменник типа «труба в трубе»


Недостатки секционных теплообменников: громоздкость и относительно высокая стоимость поверхности теплообмена из-за большого числа кожухов, камер, трубчатых решеток, фланцев, калачей и других деталей, а также значительный расход электроэнергии на преодоление гидравлических сопротивлений за счет большой длины пути жидкости по секциям аппарата и повышенного числа поворотов и переходов между секциями.


^ Экспериментальная часть


Установка для проведения экспериментальных работ состоит: из теплообменника 1 (рисунок 8), паропровода 2, линии отвода конден-сата 4, контрольно-измерительных приборов (ротаметр 5, манометры 6, термометры 7), холодильника 8, насоса 9, емкости для пищевых жидких сред 10. Теплообменник типа «труба в трубе» состоит из четырех расположенных друг над другом элементов, причем каждый элемент состоит из двух труб: наружной трубы размером 32×2 мм и концентрически расположенной внутри нее трубы размером 16×1 мм. Внутренние трубы элементов соединены друг с другом последовательно при помощи съемных калачей. Наружные трубы также связаны между собой. Общая рабочая длина трубы l = 1,5 м.

Греющий пар подают в межтрубное кольцевое пространство теплообменника. Конденсат отводится через конденсатоотводчик в линию конденсата. Расход воды устанавливают при помощи расходомера-ротаметра. Давление конденсирующего пара регулируют вентилем по показанию манометра, присоединенного к верхней части теплообменника, температуру на входе и выходе воды измеряют ртутными термометрами.



1 – теплообменник; 2 – паропровод; 3 – вентиль; 4 – линия отвода

конденсата; 5 – ротаметр; 6, 7 – манометры; 8 – холодильник;

9 – насос; 10 – емкость


Рисунок 8 – Схема установки


^ Порядок проведения работы


Устанавливают расход воды, заданный преподавателем, и только затем продувают паром межтрубное (кольцевое) пространство теплообменника в течение 5…10 минут. После продувки определяют заданный расход пара и постоянное (избыточное) давление пара
(не менее 0,3 атм). Через каждые 2…5 минут записывают показания термометров. Измеренные величины заносят в таблицу 3. Замеры заканчивают, когда начальная и конечная температуры нагреваемой среды примут постоянные значения.


Таблица 3 – Опытные данные

Измеряемая величина
^

Время замера


1

2

3

4

5




Давление пара ,




Расход холодного теплоносителя V,




Начальная температура воды , оС



















Конечная температура воды , оС






















Скачать 0,67 Mb.
оставить комментарий
страница3/6
Дата28.09.2011
Размер0,67 Mb.
ТипМетодические рекомендации, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы: 1   2   3   4   5   6
отлично
  1
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

наверх