Дослідження тепловіддачі до двофазних потоків

Мета: експериментально визначити коефіцієнти тепловіддачі до двофазного потоку та вплив газовмісту на інтенсивність теплообміну.

Принципова схема експериментальної установки показана на рис. 10.1. Складовими її частинами є: сталева труба 1 з внутрішнім діаметром d і довжиною ; циліндричний електронагрівник 2 діаметром d_eн тієї ж самої довжини; змішувач води і повітря 3; роз’єднувальний бачок 5; трубопроводи і вимірювальні прилади. Установка працює таким чином.

Із трубопроводу 10 через вимірювальну діафрагму 12 у змішувач 3 надходить стиснуте повітря. Сюди ж із мірного бачка 6 надходить вода, яка розбризкується на дрібні краплі в ежекторі змішувача. Повітроводяна емульсія, пройшовши стабілізаційну ділянку, прямує в кільцевий канал, утворений електронагрівником і трубою. Потужність нагрівника регулюється регулятором 14 і вимірюється електроприладами 15 і 16. Температура стінки нагрівника вимірюється термопарами 17, а суміші - термопарами 18, які через перемикач 19 підключені до потенціометра 20.

Із установки суміш надходить у роз’єднувальний бачок 4, з якого повітря видаляється в атмосферу, а вода після досліду зливається у бачок 6. Пуск установки в дію здійснюється викладачем. За умови досягнення усталеного режиму (показання термопари 18 залишаються незмінними) за командою фіксують час секундоміром і початковий рівень h у мірному бачку 6, записують показання в журнал спостережень. Після закінчення досліду визначають його тривалість, різницю рівнів у бачку 6. Закривають вентиль 7 із бачка 6. Новий тепловий і гідравлічний режим роботи установки задає викладач.

Обробка результатів

Об’ємні, м³/с і масові, кг/с витрати води і повітря

; (10.1)

, (10.2)

де ΄, – сталі тарування мірника і діафрагми;

΄,  – густина води і повітря для відповідних температур і тисків досліду, які визначаються з додатків Ж і А, відповідно;

τ – час досліду, с.

Об’ємний і масовий витратний газовмісти

, (10.3)

Рисунок 10.1 - Схема дослідної установки

Таблиця 10.1 – Журнал спостережень

№ досліду

Покази електро-приладів

Перепади на діафрагмі і у водовказівному склі, мм

Покази термопар, мВ

Температура води, С

Температура повітря, С

Час, хв

стінки

суміші

І, А

U, В

ΔН

Δh

Δz

1

2

3

4

на вході

на виході

1 2 3 4 5 6 7 8

Приведені швидкості фаз, м/с

, (10.4)

де f – площа перерізу каналу, м².

Критерії Рейнольдса для фаз

, (10.5)

де – еквівалентний діаметр каналу, м;

– кінематична вязкість фаз для середньої температури суміші

,

де - температура суміші на вході в канал і виході з нього.

Критерій Рейнольдса для суміші

, (10.6)

Середня теплопровідність суміші, Вт/(мК)

, (10.7)

де визначаються з додатку Ж при температурі t_cм.

Середня різниця температури, ⁰С

, (10.8)

де t_c – середня температура стінки за показаннями термопар.

Тепловий потік Q визначають за показаннями електроприладів: , Вт. Середній коефіцієнт тепловіддачі до двофазного потоку, Вт/(мК):

, (10.9)

де F_n- поверхня нагріву, м².

Коефіцієнт тепловіддачі до однофазного потоку (води) визначають за формулою М. А. Міхєєва для Re=Re_см. За результатами розрахунків будують залежність

, (10.10)

на підставі якої визначають оптимальні значення β, для яких інтенсифікація теплообміну найбільша.

Обробку дослідних даних в критеріальній формі подають у двох виглядах.

Критерії Нусельта

. (10.11)

Параметр Мартінеллі

; (10.12)

Далі будують залежності в логарифмічних координатах

; (10.13)

які апроксимують степеневими рівняннями, порівнюють з відомими літературними даними [ 2 ] і виявляють розбіжність між ними.

Зміст звіту

1. Схема установки.

2. Звітна таблиця.

3. Розрахунок.

4. Графічна інтерпретація результатів.

5. Висновки.

Контрольні запитання

1. Що таке витратний масовий газовміст?

2. Поясніть суть швидкості ковзання.

3. Чим характеризується емульсійний режим?

4. Що розуміють під стержневим режимом течії?

5. Що розуміють під пробковим режимом течії?

6. Які ви знаєте режими кипіння в трубах?

7. Що таке поверхневе кипіння в трубах?

8. Що таке істинний обємний паровміст?

9. Що таке істинні і приведені швидкості руху пари в трубах?

10. Які бувають ділянки для руху пароводяного потоку в трубах?

11. Чи впливає швидкість руху пари на тепловіддачу, для випадку кипіння в трубах і коли?

Лабораторна робота №11