Sprawozdanie nr2

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

1. Schemat stanowiska.

Schemat stanowiska został przedstawiony powyżej. Na schemacie zaznaczono nr1 - płaszcza stalowego, 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. Przebieg doświadczenia.

Stan ustalony został osiągnięty przez regulację dopływu wody chłodzącej do chłodnicy. Przy ustawionym napięciu zasilającym przegrzewacz pary oraz stałym wydatku zasilającym wodę w destylarce oraz ustalonym wydatku pary kierowanej do wymiennika.

Doświadczenie rozpoczęto od zmierzenia natężenia przepływu czynnika zimnego. Został on zmierzony przez napełnianie zbiornika pomiarowego w określanym czasie. Następnie przeprowadzono próbne odczyty z termometrów oraz termopar.

Ostatecznie zebrano potrzebne do obliczeń wartości:

• Temperatury czynnika zimnego na początku i końcu oraz w części termopar

• Odczytano temperaturę pary

• Wyznaczono nadciśnienie w jakim skraplała się para.

Dzięki otrzymanym wynikom wyliczono za pomocą programu komputerowego strumień ciepła w wymienniku, temperatury ścianek oraz współczynniki wymiany ciepła. Wyniki zostały zamieszczone poniżej.

Q	αw	Tsw	Tsp	αp
W	W/m^2K	°C	°C	W/m^2K
2544,73	4494,88	88,93	89,44	15601,3

Wydruk z programu komputerowego dołączony został do sprawozdania\

Następnie wyliczono średnią wartość współczynnika wymiany ciepła po stronie wody. Przy założeniu, iż temperatura ścianki jest stała równa T_sw = 88,93°C, temperaturę średnia zgodnie ze wzorem
, która wyniosła 43,87°C. Z tablic odczytano parametry fizyczne dla wody w temperaturze T_f. W celu wyznaczenia współczynnika wymiany ciepła skorzystano z wzoru kryterialnego
, gdyż przepływ jest przepływem przejściowym o 2•10³<Re<10⁴. Stała K₀ zależy od liczby Reynoldsa i wynosi ona 24. Liczbę Prandtla odczytano z tablic, a liczbę Reynoldsa wyliczono zgodnie ze wzorem
i wyniosła ona 5977,54. Ostatecznie przekształcono zależność na liczbę Nusselta
, tak by można było wyliczyć na jej podstawie współczynnik wymiany ciepła, równy α_w = 4346,57W/m²K.

Następnie skorzystano z dwóch równań na strumień ciepła wymienianego przez rurę:
oraz
, z których obliczono temperaturę T_sw równą 91,55°C. Ponieważ została otrzymana temperatura bardzo zbliżona do zakładanej ponowny cykl obliczeń niczego nie zmieni.

3. Otrzymane wartości wpisano w tabeli na następnej stronie.

4. Poniżej zamieszczony został wykres q_m=f(ΔT) oraz wykresy α_m=f(L), T_w=f(L), T_w=f(L), α_f=f(L)

Woda (f)

Para (m)

Moc cieplna

Wartości średnie wyliczone ze wzorów kryterialnych

T1

Tf2

Tf3

Tf4

Tf5

Tf6

T8

mf

pp

pot

pn

Tp

Tn

Q

αm1

αf1

Tsw

°C

mV

°C

mV

°C

mV

°C

mV

°C

mV

°C

°C

kg/s

mmH2O

N/m^2

N/m^2

N/m^2

°C

°C

W

W/m^2K

W/m^2K

°C

31,3

0,6

36,7

0,7

39,2

0,9

44,2

1,1

49,3

1,19

51,7

56,5

0,02

165

0,014

0,99

1,004

109

100

2544,7

15601

4494,9

88.93

5. Wnioski.

Dwoma sposobami otrzymaliśmy bardzo zbliżone wyniki współczynnika wymiany ciepła ze strony wody α_f różnią się od siebie zaledwie o 148,33 W/m²K co stanowi około 3,3% ich wartości. Pomijając rozważanie błędów pomiarowych, błędów wynikających z przyjmowanych założeń i uproszczeń można powiedzieć, iż jest to nie wielka różnica. Na niezgodność główny wpływ miały poczynione przybliżenia stosowane we wzorach kryterialnych oraz pozostałych równaniach służących do wyliczenia współczynnika wymiany ciepła i temperatury ścianki wewnątrz rury. 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 badan. Również temperatura średnia różni się w zależności jakim sposobem była wyliczana. Różnica między tymi dwiema wartościami wynosi zaledwie 2,6 stopnia i jest wyjątkowo mała, zwłaszcza jeśli uwzględniamy to iż są to wartości przybliżone. Temperatura wyliczana ze wzorów kryterialnych, ale od strony czynnika chłodzącego jest obarczona tym, iż nie została ona do końca wyliczona, co uniemożliwił brak danych.

Otrzymanie stosunkowo nie wielkich różnic świadczy, iż doświadczenie było przeprowadzone dokładnie. Upewnia nas w tym, iż założenia nie wpłynęły na wynik obliczeń w znaczący sposób.

---