Лаба ТА 2021 финал (Методичка к ЛР "Исследование теплогидравлических характеристик теплообменных аппаратов")
Описание файла
Документ из архива "Методичка к ЛР "Исследование теплогидравлических характеристик теплообменных аппаратов"", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "теплообменные аппараты (та)" из 8 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. .
Онлайн просмотр документа "Лаба ТА 2021 финал"
Текст из документа "Лаба ТА 2021 финал"
Equation Chapter 1 Section 1Факультет «Энергомашиностроение»
Кафедра «Ракетные двигатели»
Александренков В.П., Ковалев К.Е., Ягодников Д.А.
Исследование ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
Методические указания по проведению лабораторной работы по дисциплине
«Теплообменные аппараты»
УДК 621.454
ББК 39.65
Д69
Факультет «Энергомашиностроения»
Кафедра «Ракетные двигатели»
Рекомендовано Научно-методическим советом
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия
Авторы:
В.П. Александренков, К.Е. Ковалев, Д.А. Ягодников
Рецензент:
Д69 Исследование теплогидравлических характеристик теплообменных аппаратов : учебно-методическое пособие / [В.П. Александренков и др.]. – Москва : Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2021. – 36 с. : ил.
ISBN
Приведены методические указания по выполнению базовой лабораторной работы №1 «Исследование теплогидравлических характеристик теплообменных аппаратов», исходя из системной образовательной цели: перевести теоретические знания на уровень умений и навыков, составляющих основу приобретаемых профессиональных компетенций, включая научно-исследовательские и учебные, что способствует формированию у студента целостного образа ракетного двигателя как объекта изучения.
Учебно-методическое пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлениям подготовки «Проектирование авиационных и ракетных двигателей».
УДК 621.454
ББК 39.65
ОГЛАВЛЕНИЕ
Основные условные обозначения 4
Введение 6
1. Исходные теоретические положения 7
2. Задачи лабораторной работы: 13
3. Методика экспериментального исследования и проведения испытаний 13
4 Описание экспериментальной установки и системы измерений 21
5. Методика обработки и представления результатов испытаний 24
5.1. Первичная обработка 24
5.2. Вторичная обработка (вторичные измерения) 27
6. Отчет по лабораторной работе 35
6.1. Отчет по лабораторной работе 36
6.2. Контрольные вопросы к защите лабораторной работы 36
ЛИТЕРАТУРА 37
Основные условные обозначения
| Т, t | – | температура, К; °C |
| ρ | – | плотность, кг/м3; |
| р | – | давление, МПа; бар |
| с | – | удельная теплоемкость, Дж/(кг ∙ К); |
| μ | – | динамическая вязкость, Па ∙ с; |
| R | – | газовая постоянная, Дж/(кг ∙ К); |
| λ | – | коэффициент теплопроводности, Вт/(м∙К) |
| α | – | коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 ∙ К); |
| α0 | – | коэффициент избытка окислителя; |
| F, f | – | площадь, м2; |
| h | – | высота, м; |
| q | – | плотность теплового потока, Вт/м2; |
| ξ | – | коэффициент гидравлического сопротивления; |
|
| – | секундный массовый расход, кг/с; |
| x | – | координата; |
| u, w | – | скорость, м/с; |
| δ | – | толщина, м; |
| D, d | – | диаметр, м; |
Числа подобия (критериальные числа)
– число Рейнольдса;
– число Нуссельта;
– число Стантона;
– число Прандтля.
Индексы
| э | – | эквивалентный (гидравлический); |
| f | – | средне-массовое значение в потоке; |
| ст | – | стенка; |
| гл | – | гладкий канал; |
| эфф | – | эффективное значение; |
| н | – | номинальный; |
| х | – | холодный теплоноситель; |
| г | – | горячий теплоноситель. |
Введение
Определяющим фактором эффективности любого теплообменного аппарата (ТА) являются его коэффициенты теплоотдачи и коэффициенты гидравлического сопротивления, в совокупности называемые теплогидравлическими характеристиками (ТГХ). Коэффициенты теплоотдачи определяют тепловую мощность аппарата, коэффициенты гидравлического сопротивления трактов определяют потребную мощность насосов на прокачку теплоносителей в процессе эксплуатации.
Стремление к совершенствованию и повышению эффективности проектируемых аппаратов обуславливают большое разнообразие схемных и технических решений, не прекращающиеся поиски новых способов интенсификации теплоотдачи в трактах, для каждого из которых свойственна своя совокупность ТГХ, часто не поддающихся моделированию известными методами.
Это обстоятельство ведет к необходимости их исследования и получения опытным (экспериментальным) путём. Существуют отработанные многолетним опытом подходы и методы проведения подобных исследований, ознакомление с которыми необходимо инженеру для практической работы.
Целью данной лабораторной работы является ознакомление с методологией исследования ТГХ трактов ТА и приобретение опыта их экспериментального определения.
1. Исходные теоретические положения
Как известно, тепловая мощность ТА, представляемая в сосредоточенных параметрах, определяется формулой
где k – коэффициент теплопередачи, F – площадь теплопередающей поверхности; 
– разность температур теплоносителей (ТН). Подстрочные индексы «г» и «х» относятся к горячему и холодному теплоносителю соответственно.
Коэффициент теплопередачи k, согласно балансу теплопереноса или обмена между теплоносителями через плоскую стенку, определяется зависимостью
где αг и αх – коэффициенты теплоотдачи по обеим сторонам теплопередающей поверхности; (λ/δ)ст – теплопроводимость стенки толщиной δст, выполненной из материала с коэффициентом теплопроводности λст.
Таким образом, совокупно действующие коэффициенты теплоотдачи наряду с проводимостью стенки и температурным потенциалом теплоносителей непосредственно определяют мощность аппарата.
Коэффициент теплоотдачи α, являющийся коэффициентом пропорциональности между удельным тепловым потоком и температурным напором между теплоносителем и стенкой, характеризует способность потока теплоносителя передавать теплоту, т.е. является его переносным свойством. Это переносное свойство в свою очередь определяется как теплофизическими свойствами теплоносителя, так и условиями обтекания поверхности потоком. Характерные значения α для различных процессов теплообмена приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Характеристика теплообмена различных процессов
| Процесс теплообмена | α, Вт/м2 |
| Свободная конвекция в газах | 5…30 |
| Свободная конвекция воды | 102…103 |
| Вынужденная конвекция газов | 10…500 |
| Вынужденная конвекция воды | 500…2 · 104 |
| Кипение воды | 2 · 103…4 · 104 |
| Конвекция жидких металлов | 102…3 · 104 |
| Пленочная конденсация водяного пара | 4 · 103…104 |
| Капельная конденсация водяного пара | 4 · 104…105 |
В обобщенных переменных эта связь, как известно [1], является возрастающей функцией и устанавливается следующими зависимостями:
где ; ; ; 
– известные числа подобия; 
– вводимые поправочные функциональные коэффициенты на частности задачи, учитывающие особенности задачи, например, длину начального участка каналов, температурную неоднородность и сжимаемость среды, шероховатость поверхности и другие факторы; A, a, b – коэффициенты аппроксимации опытных или расчетных данных; 
– эквивалентный диаметр; 
– характерная скорость; 
– теплоемкость; 
– динамическая вязкость среды.
Так, для обычных каналов при турбулентном режиме течения широко применима, например, формула Крауссольда-Нуссельта
,
которая зачастую принимается как базовая величина для эталонного случая «гладкого» канала. На практике поправочные коэффициенты в форме определенных функций берутся из известных литературных источников и являются следствием конкретных условий, в том числе интенсификации теплообмена.
Однако большое разнообразие всевозможных способов организации течения и рабочих процессов в ТА, а также интенсификации теплоотдачи с целью повышения переносных свойств в среде теплоносителя и развития поверхности теплообмена обусловили широкий набор сочетаний коэффициентов аппроксимации и поправочных коэффициентов [1].
Подобная ситуация возникает и с определением гидравлических характеристик теплообменных поверхностей. Коэффициент гидравлического сопротивления трения ξ, как коэффициент пропорциональности между потерями давления 
и скоростным напором потока совместно с относительной длиной пути 
теплоносителя вдоль теплоотдающей поверхности
напрямую определяет потребную мощность насосов на прокачку теплоносителей по тракту. Последняя является затратной величиной эксплуатации ТА и поэтому отражается непосредственно на его эффективности.
Величина ξ, как сосредоточенная характеристика тракта, определяется в основном динамическими процессами в потоке теплоносителя и в некоторой степени особенностями организации этих процессов, таких, например, как шероховатость, температурная неоднородность и сжимаемость потока, относительная длина начального участка и некоторых других факторов, которые представляются в форме поправочных коэффициентов 
.
В обобщенных переменных эта зависимость может быть выражена формулой
