Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Обробка результатів експерименту





 

1. Графічно визначити константи фільтрування К та С.

1.1. За даними таблиці 1 розрахувати відношення ∆τi/ ∆V, с/ (м32).

1.2. Об’єми фільтрату, отримані в процесі фільтрування (Vi) за час ∆τі, а також прирощування об’ємів ∆V = 0,1л виразити в поверхні фільтру (розділивши величини об’ємів, що виражені в м3, на поверхню фільтру S; S = 0,0075м2).

1.3. Побудувати графік залежності ∆τi/∆V = f (Vi). Так як відношення ∆τi/∆V є середньою величиною для відповідних інтервалів Vi, то величини цих відношень слід відкладати по вертикалі з середини однозначних інтервалів. Залежність між величинами ∆τi/∆V та Vi прямолінійна та виражається рівнянням:

,

 

де К – константа фільтрування, що враховує режим процесу фільтрування та фізико-хімічні властивості осаду і фільтрату, м2/с;

С – константа фільтрування, що характеризує гідравлічний опір фільтрувальної перегородки, м32;

τ – тривалість фільтрування, с.

1.4. Визначити за отриманим графіком тангенс куту нахилу прямої ОМ до осі абсцис як відношення протилежного катету до прилежного, як брали в відповідних масштабах.

1.5. За величиною тангенсу визначити константу К. Так як за рівнянням прямої ОМ tg ά = 2/ К,

К = 2/ tg ά

 

1.6. Константу С можна визначити безпосередньо замірюванням відрізка, що відсікається прямою ОМ на осі абсцис (з врахуванням масштабу) або з рівняння прямої ОМ, де 2 С/ К є відрізок В, що відсікається прямою на осі ординат, В = 2 С/ К, тоді:

.

2. Розрахувати швидкість фільтрування в початковий та кінцевий момент часу фільтрування в м32 · с за рівнянням:

;

 

,

 

Де Vп – кількість фільтрату в початковий момент фільтрування, м3м2; Vп = 0;

Vк - загальна кількість фільтрату, що зібрана в процесі фільтрування і віднесена до 1м2 поверхні фільтру, м32, Vк = Vзал./S;

Vзал. – загальна кількість фільтрат, зібрана за час досліду, м3.

3. Розрахувати годинну продуктивність фільтру, в м3/г за фільтром (Vф) та вологим осадом (Vос):

,

де hос – середня висота шару отриманого осаду, м.

4. Розрахувати опір осаду та фільтрування перегородки (Rос) та фільтрувальної перегородки (Rф.п.), в мˉ 1:

5.

Rос = ro · hос;

 

Rф.п. = C · rо · Xо;

 

,

 

Де ro – питомий опір шару осаду, мˉ 2;

Xо – відношення об’єму осаду до об’єму фільтрату;

μ – в’язкість рідкої фази, Па · с;

∆Р – рухома сила процесу, Па;

 

∆ Р = Р2 – Р1,

 

де Р2 – тиск над фільтрувальною перегородкою, Па

 

Р2 = 9,8 · 104 Па

 

Р1 – тиск під фільтрувальною перегородкою, Па (визначається за показаннями вакуумметру).

6. Розраховані дані звести в таблицю 2.

Таблиця 2.

∆ Р, Па К, м2 С, м32 , м32 · с , м32 · с Vф, м3/год Vос, м3/ год. ro, мˉ 2 Rос, мˉ 1 Rф.п., мˉ 1
                   

 

Контрольні питання.

1. Фільтрування. Режими фільтрування.

2. Швидкість фільтрування.

3. Фактори, що впливають на швидкість фільтрування.

4. Властивості осадів.

5. Фільтрування перегородки.

6. Рухома сила процесу фільтрування. Засоби створення рухомої сили.

7. Константи фільтрування.

8. Питомий та загальний опір осаду, опір перегородки.

9. Продуктивність фільтру

10. Схема установки.


ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3

ВИВЧЕННЯ ПРОЦЕСУ ТЕПЛОПЕРЕДАЧІ В ТЕПЛООБМІННИКУ ТИПУ «ТРУБА В ТРУБІ»

Мета: експериментальне та теоретичне визначення коефіцієнту теплопередачі в теплообміннику при різних швидкостях і гідродинамічних режимах руху теплоносіїв.

Прилади і матеріали: лабораторна установка,схема якоїпредставлена на рисунку 3.

Рисунок 3. Схема лабораторної установки

1 – теплообмінник «труба в трубі», 2 – термостат, 3 – трубопровід гарячої води, 4 – трубопровід холодної води, 5 – лінія відведення відпрацьованої води, 6 – цифровий мілівольтметр ВК-2-20, 7 – гарячі зпаї термопар, 8 – ротаметр, 9 – контактний термометр, 10 – термометр, 11 – магнітна муфта контактного термометру, 12 – перемикач, 13 – вентиль регулювання, 14 – холодний зпай термометр.

 

Загальні відомості

Процеси передачі тепла (теплообміну) широко розповсюджені в хімічній технології. В загальному випадку перенесення тепла – складний процес, пов’язаний з різноманітними фізичними явищами, однак можна виділити три основні види (механізми) теплообміну: теплопровідністю, конвективним теплообміном та тепловим випромінюванням.

Теплопровідність – процес перенесення тепла при переміщенні мікроскопічних об’ємів. В чистому вигляді має місце лише в твердих тілах.

Конвекція – процес перенесення тепла при переміщенні макроскопічних об’ємів рідини або газу між областями з різною температурою. При цьому перенесення тепла нерозривно пов’язан з перенесенням самого середовища.

Теплове випромінювання – процес розповсюдження електромагнітних коливань з різною довжиною хвиль, обумовлений тепловим рухом атомів або молекул тіла.

В більшості реальних умов тепло передається комбінованим шляхом. Так, конвекція завжди супроводжується теплопровідністю. Такий сумісний процес називається конвективним теплообміном.

Тепловіддача – це конвективний теплообмін між рідиною або газом і поверхнею твердого тіла. Процес передачі тепла від однієї рідини (газу) до іншої через поверхню або тверду стінку, що їх розділяє, називається теплопередачею.

Рівняння теплопередачі через стінку при перемінних температурах теплоносіїв для такого стану процесу, що вже встановився виглядає так

 

Q = K F ∆tсер (1)

і виражає залежність між потоком тепла Q (Вт), що передається в теплообміннику від гарячого теплоносія до холодного в одиницю часу, коефіцієнтом теплопередачі К (Вт/м2 · К), поверхнею теплообміну F2) і середньої різністю температур гарячого та холодного теплоносіїв ∆tсер (град).

Коефіцієнт теплопередачі К показує, яка кількість тепла переходить в 1 секунду від нагрітого теплоносія до холодного через поверхню теплообміну 1м2 при середній різниці температур ∆tсер,що дорівнює 1 град. При прямотоці та протитоці визначається наступним чином

 

Якщо ∆tб /∆tм > 2, то ∆tсер , (2)

де ∆tб та ∆tм – відповідно більша та менша різниця температур теплоносіїв на кінцях теплообмінника.

 

Якщо відношення ∆tб /∆tм < 2, то з достатньої для практики точністю замість формули (2) ∆tсер можна визначити як середнє арифметичне:

 

∆tсер = (3)

При протитоці:

При прямотоці:

Загальний потік тепла, що передається в апараті, згідно тепловому балансу:

Q = Q1 = Q2 + Qвтр, (4)

 

де Q1 – тепло, що віддається гарячим теплоносієм,

 

Q1 =G1· C1 (t1п – t), (5)

 

Q2 – тепло, що сприймається холодним теплоносієм,

 

Q2 =G2· C2 (t – t2п), (6)

 

Qвтр – втрати тепла в довкілля. Як правило, в теплообмінних апаратах вони не перевищують 3-5% і в практичних розрахунках їх величиною можна знехтувати.

G1, G2 – витрати гарячого та холодного теплоносіїв відповідно, кг/с;

t1п, t, t2п,t – температури гарячого та холодного теплоносіїв відповідно до та після теплообмінника, ºС.

Потік тепла, що передається тепловіддачею між теплоносієм та стінкою, для зручності виражають простим рівнянням, відомим під назвою закону тепловіддачі, або закону охолодження Ньютона.

 

Q = α ·F (tст. – tp), (7)

Коефіцієнт пропорційності α в рівнянні (7) називається коефіцієнтом тепловіддачі. α –умовна величина, що характеризує інтенсивність перенесення тепла між поверхнею тіла, наприклад, твердої стінки, та навколишнім середовищем (крапельною рідиною або газом). Коефіцієнт тепловіддачі виражається наступним чином:

, Дж/м2·с·К = Вт/м2·К

Таким чином, коефіцієнт тепловіддачі α показує, яка кількість тепла передається від 1м 2 поверхні стінки до рідини (або від рідини в 1м2 поверхні стінки протягом 1сек. при різниці температур між стінкою та рідиною 1 град.

Простота рівняння (7) лише здається. При його використанні труднощі, пов’язані з визначенням кількості тепла, що передається шляхом конвективного теплообміну, полягає в розрахунку величини α.

Для розрахунку коефіцієнтів тепловіддачі, які залежать від різноманітних факторів (роду теплоносія, режиму та швидкості його руху, фізичних властивостей теплоносія, форми стінки, ії температури та ін.), що впливають на конвективне рівняння. Ці рівняння встановлюють функціональний зв'язок між критеріями подібності системи. В загальному вигляді критеріальне рівняння стаціонарного процесу конвективного теплообміну виражається співвідношенням

(8)

де - критерій Нуссельта, який представляє собою безрозмірну форму коефіцієнту тепловіддачі і характеризує інтенсивність теплообміну;

- критерій Рейнольда, що характеризує гідродинамічний режим потоку і являється мірою відношення сил інерції та молекулярного тертя;

- критерій Грасгофа, характеризує відношення сил молекулярного тертя до підйомної сили;

 

- критерій Прандтля, що характеризує подібність фізичних властивостей теплоносіїв;

α – коефіцієнт тепловіддачі, Вт/м2 · К;

λ – коефіцієнт теплопровідності, Вт/м2 · К;

ω – швидкість середовища, м/с;

μ – коефіцієнт динамічної в’язкості середовища, м · с/м2

ρ – густина середовища, кг/м3;

с – питома теплоємкість рідини, Дж/ кг · К;

l – характерний лінійний розмір, м (якщо рух теплоносія відбувається в трубі, то в якості характерного лінійного розміру приймають внутрішній діаметр трубопроводу – d, якщо теплоносій рухається в каналі складної форми, то еквівалентний діаметр de для кільця розраховується:

 

, (9)

g – прискорення вільного падіння, м/с2

β – коефіцієнт об’ємного розширення теплоносія, 1/К;

S – площа переріза каналу, м2;

П – змочений периметр каналу, м;

α 1/ α ο – відношення між характерними лінійними розмірами.

Критерії Re, Pr, Cr являються такими, що визначають, обумовлюють теплову подібність, критерій Nu – такий, що визначають, залежить від попередніх критеріїв. Усі критерії подібності – безрозмірні величини.

У зв’язку зі значними труднощами аналітичного рішення задач конвективного теплообміну, особливо в турбулентному та перехідному режимах, основним методом отримання надійних критеріальних рівнянь є експеримент.

Для турбулентної течії потоку в прямій трубі отримано при Re ≥ 104

Nu = 0,023 · Re0,8 · Pr0,43 (10)

 

Для перехідного режиму: при 2300 ≤ Re ≤104

Nu = 0,008 · Re0,9 · Pr0,43 (11)

 

Для ламінарного режиму в вузькому кільцевому зазорі отримано рівняння при Re ≤ 2300

 

, (12)

де α – довжина каналу.

Відмінності в формі цих рівнянь для різних режимів течії пов’язані з особливостями механізму перенесення тепла. При ламінарному режимі відсутнє перемішування між шарами рідини і перенесення тепла через ці шари відбувається лише шляхом молекулярної теплопровідності. Конвективне перенесення тепла, обумовлене різницею в швидкості руху окремих шарів, відбувається лише в напрямку течії. Тому перенесення тепла поперек потоку (від стінки до рідини чи навпаки) протікає малоінтенсивно, а вплив швидкості потоку на тепловіддачу невелика.

При турбулентному режимі руху перенесення тепла знутри рідини здійснюється, як правило, шляхом перемішування, конвекція протікає і в поперечному напрямку. Це значно інтенсифікує процес тепловіддачі.

При розрахунку теплообмінника, визначивши значення критерію Нуссельта за відповідним крітеріальним рівнянням, розраховують для кожного теплоносія коефіцієнт тепловіддачі:

 

, (13)

Залежність коефіцієнту теплопередачі К від коефіцієнтів тепловіддачі α 1 та α 2 для плоскої стінки визначається рівнянням:

 

, (14)

де α 1 – коефіцієнт тепловіддачі від гарячого тепло носіння до стінки, Вт/(м2 · К);

α2 – коефіцієнт тепловіддачі від гарячої стінки до холодного теплоносія, Вт/ (м2 · К);

δi / λi – термічний опір стінки та шару забруднень стінки, Вт/ (м2 · К);

δi – товщина стінки (або шару забруднень на поверхні стінки), м;

λi – коефіцієнт теплопровідності матеріалу стінки (забруднень), Вт/(м · К).

Описання установки

Установка (мал. 1) складається з теплообмінника 1, підігрівача гарячої води (термостату) 2, трубопроводів гарячої води 3, холодної води 4, лінії відведення відпрацьованої води 5, контрольно-вимірювальних приладів (цифровий мілівольтметр 6, термопари 7, ротаметр 8, контактний термометр з магнітною муфтою 9, звичайний термометр 10).

Теплообмінник «труба в трубі» складається з чотирьох елементів, а кожний елемент – з двох труб: зовнішньої труб діаметром 24 х 4мм та концентрично розташованої знутри труби діаметром 12 х 1,5м. Внутрішні труби елементів поєднані один за одним послідовно за допомогою з’ємних калачів. Зовнішні труби також пов’язані між собою.

Поверхня теплообміну F=0,106м2. Довжина одного елементу α =0,8м.

Хід роботи

Гарячу воду подають во внутрішню трубу теплообмінника насосом термостату, холодна вода подається до кільцевого простору теплообмінника. Розхід води встановлюється за допомогою розходоміру – ротаметру.

За градуювальною кривою (мал. 2) визначають об’ємний розхід V2 холодного теплоносія (м3/с), відповідно даному положенню ротаметра. Значення температур холодного та гарячого теплоносіїв (t1п, t, t2п, t) заміряють під час дослідів та записують до таблиці 1. Після виконання дослідів студенти обробляють дослідні дані, виконують розрахунки за формулами, заносять отримані результати до таблиці 2 та роблять висновок.

Таблиця 1

Номер досліду Показання ротаметру Розхід холодної води, V2, м3/ сек. Розхід гарячої води, G1, кг/ сек. Теплоносій
Гарячий Холодний
t1п t t2п t
               

 







ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2024 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.