Теплообменного аппарата

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕКУПЕРАТИВНОГО

Лабораторная работа 5

Контрольное задание

1. Привести значения экспериментально-полученных значений коэффициентов теплопередачи при различных опытах для различных режимов работы гидростанции.

2. Проанализировать влияние режима работы гидростанции на величину коэффициента теплопередачи и на величину установившейся температуры в баке гидростанции.

3. Пользуясь соотношениями (4.2, 4.3, 4.9), выяснить влияние параметров, входящих в перечисленные зависимости, на величины коэффициента теплопередачи и установившейся температуры гидросистемы.

4. Указать основные методы стабилизации и ограничения температуры жидкости гидроприводов.

Цель работы: 1) изучение устройства и принципа действия гидростанции промышленного робота и тепообменного аппарата гидростанции;

2) ознакомление с методами теплового расчёта теплообменных аппаратов (ТОА);

3) экспериментальное определение коэффициента теплопередачи ТОА и установившейся температуры рабочей жидкости гидростанции при различных режимах работы её системы охлаждения.

1. Экспериментальная установка

1.1. Принципиальная гидравлическая схема гидростанции, на которой производится экспериментальное определение коэффициента теплопередачи, показана на рис.6 в лаб. работе №4.

Следует иметь в виду, что при выполнении настоящей лабораторной работы автоматика отключена, а управление гидросистемой и системой теплообмена осуществляется вручную.

1.2. Охлаждение рабочей жидкости в изучаемой гидростанции может происходить в трех режимах.

1.2.1. Первый режим: охлаждение жидкости, находящейся в гидробаке, происходит в результате ее теплообмена с воздухом окружающей среды через стенки гидробака.

1.2.2. Второй режим: к теплообмену через стенки гидробака (см.1-й режим) добавляется теплообмен в охладителе (ОХЛ) без включения его вентиляторов, т.е. в результате естественной конвекции воздуха окружающей среды через радиатор теплообменного аппарата охладителя.

1.2.3. Третий режим: отличается от второго тем, что вентиляторы охладителя включены, т.е. с использованием вынужденной конвекции воздуха через радиатор ТОА охладителя.

Первый режим охлаждения рабочей жидкости подробно рассматривается в лабораторной работе № 4 «Определение коэффициента теплопередачи и установившейся температуры масла гидростанции», а потому в настоящей работе будут рассмотрены только второй и третий режимы охлаждения.

2. Охлаждение рабочей жидкости

в теплообменных аппаратах

2.1. Классификация теплообменных аппаратов

Теплообменными аппаратами (ТОА) называют устройства, предназначенные для передачи тепла от одного теплоносителя к другому для осуществления различных тепловых процессов, например, нагревания, охлаждения, кипячения, конденсации или более сложных физико-химических процессов - выпарки, ректификации, абсорбции и т. п.

По способу передачи тепла все ТОА могут быть разделены на две большие группы: поверхностные аппараты и аппараты смешивания (смесительные).

В поверхностных ТОА передача тепла от одного теплоносителя к другому осуществляется с участием твердой стенки. Процесс теплопередачи в смесительных ТОА осуществляется путем непосредственного контакта и смешения жидких и газообразных теплоносителей.

Поверхностные теплообменные аппараты в свою очередь подразделяют на рекуперативные и регенеративные.

В рекуперативных ТОА тепло от одного теплоносителя («горячего») к другому («холодному») передается через разделяющую их стенку из теплопроводного материала (теплообмен происходит непрерывно за счёт конвекции в теплоносителях и теплопроводности стенки, а если хоть один из теплоносителей излучает, то и за счет теплового излучения).

В регенеративных ТОА теплоносители попеременно соприкасаются с одной и той же поверхностью нагрева, которая при этом сначала нагревается, аккумулируя тепло «горячего» теплоносителя, а затем охлаждается, отдавая тепло «холодному» теплоносителю.

Рекуперативные ТОА могут быть классифицированы по различным признакам, например:

1) по роду теплоносителей в зависимости от их агрегатного состояния (паро-жидкостные, жидкостно-жидкостные, газо-жидкостные, газо-газовые, паро-газовые);

2) по конфигурации поверхности теплообмена (трубчатые аппараты с прямыми трубками, спиральные, пластинчатые, змеевиковые, ребристые и др.).

ТОА поверхностного типа, кроме того, могут быть классифицированы:

по назначению (подогреватели, холодильники, испарители, конденсаторы и т. д.);

по взаимному направлению потока рабочих сред (прямоток, противоток, смешанный ток и т. п.);

по материалу поверхности теплообмена;

по числу ходов и т. д.

В рассматриваемой гидросистеме в качестве охладителя применён ТОА, который можно классифицировать как газо-жидкостный трубчато-ребристый многоходовой охладитель с перекрёстным током.

2.2. Основные уравнения тепловых расчетов

рекуперативных ТОА непрерывного действия

2.2.1 Тепловой расчет ТОА непрерывного действия основан на совместном решении уравнения теплового баланса

(5.1)

и уравнения теплопередачи (формула Ньютона–Рихмана), которое в общем виде можно представить следующим образом:

, (5.2)

где Q – тепловой поток, передаваемый одним теплоносителем другому в единицу времени, Вт; G₁ и G₂ – массовые расходы соответственно первичного и вторичного теплоносителей, кг/с; с_p - средняя изобарная (p=const) теплоемкость теплоносителя в интервале температур от T^/ до T^//, Дж/(кг∙К); T^/ и T^// - начальная и конечная температуры рабочей среды соответственно, К; η_п – коэффициент учитывающий тепловые потери, определяемый опытным путём (в данной работе примем η_п≈ 0,98); k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К); F - расчетная поверхность теплообмена, м²; - средний температурный напор, К.

Примечание: 1. Индексы «₁», «₂» относятся к горячему (маслу) и холодному (воздуху) теплоносителям соответственно.

2. Индексы «^/», «^//» относятся к состоянию теплоносителей на входе и выходе из ТОА соответственно.

2.2.2. Методика определения

среднего температурного напора

При расчете теплообменного аппарата весьма важным является точное определение средней разности температур между теплоносителями (температурного напора) ΔТ_ср.

На характер расчетной зависимости по определению температурного напора ΔТ_ср в ТОА оказывают влияние направления взаимного движения теплоносителей, которые могут быть следующими: прямоток; противоток; однократно перекрестный; многократно

Дата добавления: 2015-05-26