Исследование работы теплообменника непрерывного действия типа «труба в трубе»

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет

имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Химико-технологический институт

Кафедра машин и аппаратов химических производств

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

«Исследование работы теплообменника непрерывного действия типа

«труба в трубе»

Цель работы: на примере работы теплообменника непрерывного действия типа «труба в трубе» определить экспериментальное значение коэффициента теплопередачи (Коп) и сравнить его с расчётным теоретическим значением (Ктеор), полученным по стандартным формулам, в условиях прямотока и противотока теплоносителей.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Теплообменниками называют аппараты, предназначенные для передачи тепла от одной среды к другой. В зависимости от способа передачи тепла различают:

• поверхностные теплообменники, в которых среды обмениваются теплом через разделяющую их поверхность;
• теплообменники смешения, в которых тепло передается при непосредственном соприкосновении двух сред;
• регенеративные теплообменники, в которых процесс переноса теплоты от горячего теплоносителя к холодному разделен во времени и происходит при попеременном нагревании и охлаждении насадки, заполняющей аппарат.

Теплообменник "труба в трубе" является одним из самых простых теплообменных аппаратов поверхностного типа. Он состоит из двух труб разного диаметра, установленных одна в другой и образующих два канала для прохода сред. Один из теплоносителей движется по внутренней трубе, а другой - по кольцевому зазору между внутренней и наружной трубами.

Направление движения сред при этом может быть прямоточным или противоточным. Если теплообменник установлен вертикально, то выбор направления движения (вверх или вниз) должен быть подчинен следующему правилу: нагреваемая жидкость должна подаваться снизу-вверх, а охлаждаемая сверху вниз. Это соответствует «естественному стремлению» обеих сред, поскольку их плотность изменяется в процессе теплообмена. Для нагреваемой среды, например, плотность будет уменьшаться и более нагретые порции её будут стремиться вверх.

Количество тепла, переданное в теплообменнике, называется тепловой нагрузкой и определяется из теплового баланса. Без учета потерь тепла в окружающую среду тепловой баланс теплообменника может быть представлен в следующем виде:

[pic 1]

[pic 2]

Qг=Qх – тепловая нагрузка теплообменника, Вт;

Gг, Gх – производительность теплообменника по горячей и холодной средам соответственно, кг/с;

Сг, Сх – теплоемкость горячей и холодной жидкости, Дж/кг×К;

tнг, tнх, tкг, tкх - температуры горячей и холодной сред на входе и на выходе из теплообменника соответственно, К.

Если в качестве теплоносителя используется водяной пар, то количество тепла, которое он передает нагреваемой жидкости, определяется как сумма тепла конденсации пара и охлаждения конденсата:

,[pic 3]

 – количество сконденсированного пара, кг/с;[pic 4]

 – скрытая теплота конденсации, Дж/кг;[pic 5]

 – теплоемкость конденсата, Дж/(кг·К);[pic 6]

 – температура конденсации, К;[pic 7]

 – температура охлажденного конденсата, К.[pic 8]

В поверхностных теплообменниках тепло передается от одной текучей среды к другой через стенку. Причем через стенку тепло передается теплопроводностью, а от горячей среды к стенке и от стенки к нагреваемой среде оно передается конвекцией.