Sprawozdanie

Laboratorium Wymiany Ciepła

Temat: Badanie wymiany ciepła w wymienniku typu „rura w rurze”

1. Opis i schemat układu pomiarowego

W omawianym doświadczeniu badaliśmy proces wymiany ciepła w warunkach

konwekcji wymuszonej w przewodzie o przekroju kołowym, oraz wymiany ciepła przy
skraplaniu w przestrzeni pierścieniowej wokół rury poziomej. W celu doprowadzenia
stanowiska (Rys. 5.1.) do stanu ustalonego, dla zadanego wydatku czynnika zimnego
przeprowadziliśmy czynności regulacyjne na następujących obiektach:
- zawór (20) regulujący wydatek wody doprowadzanej do chłodnicy (19),
- suwak autotransformatora (13) zasilającego przegrzewacz pary,
- zawór (21) i upust regulujący wydatek pary kierowany do wymiennika,
- zawór (22) regulujący wydatek wody zasilającej destylarkę.
Stan ustalony najskuteczniej osiągnęliśmy dostosowując wydatek wody chłodzącej
podawanej do chłodnicy (umieszczonej w ultratermostacie) do aktualnej mocy cieplnej całej
instalacji stanowiska.
W trakcie doświadczenia uzupełnialiśmy z sieci poziom wody w destylarce za pomocą
systemu przelewów (16), stosownie do wskazań wodowskazu (17) zainstalowanego na
destylarce, zapewniając w ten sposób zalanie wszystkich trzech grzałek elektrycznych (18)
destylarki. Nadmiar wody w destylarce był zrzucany przez przelew do sieci kanalizacyjnej.

1 – płaszcz stalowy, który został zaizolowany, 2 – rurka miedziana, 3 – termostat, 4 – zawór
regulacyjny natężenia przepływu, 5 – pomiar temperatury na wejściu, 6 – pomiar temperatury
na wyjściu, 7 – woltomierz cyfrowy, 8 – przełącznik siedmiopozycyjny, 9 – termos, 10 –
zbiornik pomiarowy, 11 – zawór trójdrogowy, 12 – przegrzewacz, 13 – zasilanie
autotransformatora, 14 – manometr, 15 – temperatura pary, 16 – system przelewów, 17 –
wodowskaz, 18 – grzałki, 19 – chłodnica, 20, 21, 22 – zawory, 23 – naczynie pomiarowe, 24
– zawór odcinający.

2. Otrzymane wyniki pomiarów:

Wykres 1. Strumień ciepła na długości wymiennika

Wykres 2. Współczynnik przejmowania ciepła po stronie wody i po stronie pary na długości wymiennika

Wykres 3. Rozkład temperatury ścianki po stronie wody na długości wymiennika

aw(L)- współczynnik przejmowania ciepła po stronie wody

ap(L)-współczynik przejmowania ciepła po stronie pary

Wykres 4. Rozkład temperatury ścianki po stronie pary na długości wymiennika

4. Obliczanie współczynnika przejmowania ciepła po stronie wody

Dane:
- średnica wewnętrzna rury: d

w

=8mm

- temperatura ścianki po stronie wody: T

sw

=89, 63

o

C (wartość średnia)

C

T

T

T

f

°

=

+

=

09

,

35

2

7

0

Parametry wody dla T

f

:

mK

W

f

625

,

0

=

λ

s

m

f

2

6

10

73

,

0

−

⋅

=

ν

011

,

5

Pr

=

f

95

,

1

Pr

=

w

Liczba Reynoldsa:

71

,

4796

Re

=

⋅

=

f

w

d

w

ν

K

0

=16,5

Liczba Nusselta:

84

,

27

Pr

Pr

Pr

25

,

0

43

,

0

0

=













=

w

f

w

K

Nu

I z tego otrzymujemy:

K

m

W

d

Nu

w

w

2

w

41

,

2366

=

⋅

=

λ

α

Wartość współczynnika przejmowania ciepła po stronie wody wg wyliczeń komputerowych
wyniosła α

w

=4317,48 W/m

2

K, a wg wyliczeń za pomocą równań Newtona dla procesu

przejmowania ciepła od strony pary otrzymaliśmy α

w

=2366,41 W/ m

2

K. Widać zatem ,że

wartości wyliczone przez komputer i za pomocą wzorów kryterialnych są zbliżone do siebie.

5. Wnioski

Dwoma sposobami (za pomocą programu komputerowego korzystającego z równań
kryterialnych oraz równań Newtona dla procesu przejmowania ciepła od strony pary, w
zakresie w którym możliwe było dokonanie porównania wyników), otrzymaliśmy zbliżone
wartości współczynnika wymiany ciepła ze strony wody α

w

. Na niezgodność główny wpływ

miały poczynione przybliżenia stosowane we wzorach kryterialnych oraz pozostałych
równaniach służących do wyliczenia współczynnika wymiany ciepła. Powodem, dla którego
nie możliwe było uściślenie wzorów, a przez to wartości, była nie znajomość dokładnych
parametrów fizycznych wody. Kolejnym czynnikiem wpływającym na dokładność wyników
były pomiary oraz dokładność przeprowadzonych badań.

Skład: