l2 Studiul Transferului de c Ldur n Regim Nesta Ionar Cu Varia Ia Temperaturii Fluidelor n Timp i...

8/19/2019 l2 Studiul Transferului de c Ldur n Regim Nesta Ionar Cu Varia Ia Temperaturii Fluidelor n Timp i Spa Iu

1/8

STUDIUL TRANSFERULUI DE CĂLDURĂ ÎN REGIM NESTAŢIONAR CUVARIAŢIA TEMPERATURII FLUIDELOR ÎN TIMP ŞI SPAŢIU

SCOPUL LUCRĂRII În lucrare se realizează tranferul de căldură de tip apă - apă în regim nestaţionar, cu variaţia

temperaturii fluidelor în timp şi spaţiu (figura nr. 1.).

NOTAŢIISimbol Semnific!i Uni""e #e

m$%&' A aria suprafeţei de transfer termic m

! constantă adimensionalcp1, cp capacitatea termică masică a fluidului cald respectiv

rece"#($g%&)

d diametrul descris de paleta agitatorului în mişcare derotaţie

m

d1 diametrul interior al serpentinei de răcire m

d diametrul de dispunere al serpentinei m' diametrul aparatului m'm deitul de apă rece $g#s$ coeficientul total de transfer termic #(m%&)

m1 masa de apă distilată caldă din aparat $gt1i temperatura iniţială a apei calde din aparat *+t1f temperatura finală a apei calde din aparat *+t temperatura de intrare a apei de răcire (se menţine

constantă)*+

t temperatura de ieşire a apei de răcire *+tmed diferenţa medie logaritmică de temperatură *+

τ durata operaţiei de răcire s

Figura nr. 1. Schema de principiu pentru transferul de căldură în regim nestaţionar cu variaţiatemperaturii fluidelor în timp şi spaţiu

Condiţii de transfer termic:Operaţia răcire apă caldă.

Aparat recipient prevăzut cu serpentină de răcire şi agitator /+.


2/8

Regim termic fl%i# ( apă caldă din recipient0 temperatura apei calde variază în timp datorită agitării0

fl%i# ) apă rece care circulă prin serpentina de răcire0 temperatura apei reci variază în timp şispaţiu (în afară de temperatura de intrare care este constantă) (figura nr. .).

Figura nr. 2. Variaţia temperaturilor fluidelor în timp şi spaţiu la transferul de căldura în regimnestaţionar

INSTALAŢIA E*PERIMENTALĂnstalaţia este formată dintr-un recipient izolat termic la care este ataşat un

ultratermostat portativ (tip /+), prevăzut cu agitator, rezistenţă de încălzire şi serpentină derăcire. 2roprietăţile geometrice şi termice ale sistemului sunt

suprafaţa de transfer termic este asigurată de serpentina de răcire cu d1 3 4 5 1 mm şil 3 678 mm0

turaţia agitatorului n 3 948 rot#min0 diametrul recipientului ' 3 1:6 mm0 diametrul descris de paleta agitatorului în mişcare de rotaţie d 3 74 mm.

;ezolvarea practică a prolemei de transfer de căldura studiate se poate aorda în douăvariante de lucru şi calcul.

MOD DE LUCRUVarianta A.


3/8

serpentina, tiBB şi se colectează apa de răcire0 se cronometrează durata operaţiei de răcire, τe=,s0 se notează temperatura de intrare a apei de răcire, tB0

operaţia de răcire continuă p@nă c@nd apa din recipient atinge temperatura impusă de 76*+(deci t1f 3 76 *+)0 în acest moment se notează temperatura apei de răcire la ieşirea dinserpentină, tf BB.

Calorile mărimilor determinte e=perimental şi calculele efectuate sunt cuprinse în taelul nr. 1.Tabelul nr. 1.

N&+ C&"+ M'&ime No"!ie Uni""e#e

m'$%&'

Vlo&i

Mărimi determinate experimental

1. temperatura iniţială a apei calde în aparat t1i *+. temperatura finală a apei din aparat (la

sf@rşitul operaţiei de răcire)t1f *+

7. temperatura de intrare a apei de răcire tB *+9. temperatura de ieşire a apei de răcire la

începutul operaţiei de răciretiBB *+

6. temperatura de ieşire a apei de răcire lasf@rşitul operaţiei de răcire

tf BB *+

. durata operaţiei de răcire stailităe=perimental

τe= s

:. volumul apei de răcire C m7

Mărimi calculate

1. cantitatea de căldură preluată de la apacaldă

D "

. constanta ! pentru t1 3 t1f şi tBB 3 tf BB ! -

7. diferenţa medie logaritmică de temperatura tmed

B *+9. durata operaţiei de răcire calculată τ+ s6. eroarea procentuală a duratei operaţiei de

răcire

ε=τ ex−τ c

τ c·100

E F

. temperatura la care aGunge apa din recipientdupă o perioadă de răcire egală cu

τ 1=1

2· τ c

t1f H *+

:. temperatura ma=imă a apei de răcire(temperatura apei de răcire va fi ma=imă la

începutul răcirii)

ti *+

4. temperatura medie a apei de răcire pentrudurata determinată a apei de răcire

tmed *+

I. deitul de apă de răcire 'm $g#s18. coeficientul parţial de transfer termic prin α1 #


4/8

convecţie de la apa caldă din recipient laperetele e=terior al ţevii serpentinei de răcire

(m%&)

11. aria suprafeţei de transfer termic dacăoperaţia de răcire a apei calde se realizeazăprintr-o manta de răcire la $ 3 788 #(m%&)

A m

Varianta B. tape

se introduce în recipient volumul recomandat de 7.6 ? apă distilată0 se montează ultratermostatul şi se urmăresc legăturile serpentinei de răcire la reţeaua de apă0 se alimentează cu energie electrică rezistenţa de încălzire pentru încălzirea apei din recipient,

acţion@nd utonul de la poziţia 8 la 180 din acest moment, începe să funcţioneze şi agitatorul0 încălzirea continuă p@nă la temperatura de t1i 3 8 *+0

se opreşte încălzirea şi su agitare se începe operaţia de răcire, asigur@ndu-se circulaţia apeide răcire în serpentină0 în acest moment se notează temperatura apei de răcire la ieşirea dinserpentina, tiBB şi se colectează apa de răcire0

se notează temperatura de intrare a apei de răcire, tB0 operaţia de răcire continuă pentru τ 3 98 minute0 în acest moment se măsoară temperatura apei

de răcire la ieşirea din serpentină, tf BB0 se notează şi t1f şi se compară cu valoarea calculată.

Calorile mărimilor determinte e=perimental şi calculele efectuate sunt cuprinse în taelul nr. .Tabelul nr. 2.

N&+ C&"+ M'&ime No"!ie Uni""e#e

m'$%&'

Vlo&i

Mărimi determinate ex perimental

1. temperatura iniţială a apei calde în aparat t1i *+. temperatura finală a apei din aparat (lasf@rşitul operaţiei de răcire)

t1f *+

7. temperatura de intrare a apei de răcire tB *+9. temperatura de ieşire a apei de răcire la

începutul operaţiei de răciretiBB *+

6. temperatura de ieşire a apei de răcire lasf@rşitul operaţiei de răcire

tf BB *+

. durata operaţiei de răcire stailităe=perimental

τe= s

:. volumul apei de răcire C m7

Mărimi calculate1. constanta ! pentru t1 3 t1f şi tBB 3 tf BB ! -. temperatura la care aGunge apa din recipient

după o perioadă de răcire τ 3 98 minutet1f H *+

7. eroarea procentuală a temperaturii finale derăcire a apei calde

E F


5/8

t 1 f ∗¿ ·100

t 1 f −t 1 f ∗¿¿

ε=¿

9. diferenţa medie logaritmică de temperatura tmedB *+6. cantitatea de căldură transmisă D ". temperaturile apei de răcire ti *+

tf *+4. viteza de curgere a apei de răcire în

serpentină

Dm2=π· d

2

4 ·w·ρ

J m#s

I. temperatura medie a apei de răcire pentrudurata determinată a apei de răcire

tmed *+

18. coeficientul parţial de transfer termic princonvecţie de la peretele interioral ţevii la apade răcire

α #(m%&)

RE,ULTATE E*PERIMENTALE ŞI INTERPRETAREA LOR(+ Clc%l%l cn"i"'!ii #e c'l#%&' -&el%"' #e l - cl#'

Q=m1 ·c 1 ·(t 1 i−t 1 f ) , J

m1= ρ1· V 1 , kg

)+ Clc%l%l con$"n"ei . -en"&% "( / "(f 0i ")11/ ")f 11B=

t 1−t 2 '

t 1−t 2 ' ' =

t 1 f −t 2 '

t 1 f −t 2 f ' '

ln! 3 K

2+ Clc%l%l #ife&en!ei me#ii lo3&i"mice #e "em-e&"%&'

Δ t med' =

t 1 i−t 1 f

ln t 1i−t 2 ' t 1 f −t 2 '

· B−1B·lnB

, ° C

4+ Clc%l%l #%&"ei o-e&!iei #e &'ci&e

Q=k·A·Δt med'

· τ C , J ⇒ τ C = Q

k·A· Δ t med ' , s

A=π· dmed · l , m2


6/8

k = 1

1

α 1

+

!"# + 1

α 2

, $ /(m2 · % )

în care !"# =17.5$ /(m·% )

4+(+ Clc%l%l coeficien"%l%i -&!il #e "&n$fe& "e&mic -&in con5ec!ie 6 α 1, $ /(m2

· % ) ) #e

l - cl#' #in &eci-ien" l -e&e"ele e7"e&io& l !e5ii $e&-en"inei

Criteriul Reynolds modificat pentru amestecare ℜ&=n·d

2· ρ

Criteriul randtl ()=c *·

!

Criteriul !usselt +=c·ℜ&m

· ()n

· ε

în care c este o constantă care are valoarea 8+29 pentru încălzirea sau răcirea licLidului prinmanta respectiv 8+:; prin serpentină0m M e=ponent are valoarea 8+99 pentru încălzirea sau răcirea licLidului prin manta respectiv8+9) prin serpentină.n M e=ponent are valoarea 8+22.

ε=1

Coeficientul parţial de transfer termic prin convecţie α 1= +·!

D ,$ /(m2· % )

4+)+ Clc%l%l coeficien"%l%i -&!il #e "&n$fe& "e&mic -&in con5ec!ie 6 α 2, $ /(m2

· % ) ) #e

l -e&e"ele in"e&io& l !e5ii $e&-en"inei l - #e &'ci&e

Coeficientul parţial de transfer termic prin convecţie α 2=α·(1+1.77· d1 i)c ), $ /(m2

· % )

Coeficientul parţial de transfer termic pentru ţeava dreaptă α :

α =1332 · (1+0.0156 · t m )· w

0.8

d0.2

·1.16, $

m2

· %

$%

α =1755 · (1+0.015 · t m' )· w0.87

d0.13 ·1.16,$ /(m2 · % )

t m=t 0+t *2

,°C -t m' =0.9 ·t 0+0.1 ·t * , ° C - t 0=

t 1 i+t 1 f 2

, ° C


7/8

t *=t m1−(5.10 ) ,°C -t m1=t 2 i

' ' +t 2 f ' ' 2

, ° C

DV 2=V 2

τ ex,m

3 /s

DV 2=π· di

2

4 · w⇒w=

4 · DV 2

π· di2

,m / s

r c = 35 mm


8/8

Tabelul nr. 3. roprietăţile termofi"ice ale apei #pe linia de saturaţie$-B " "B oC

ρB 3m2 B3

c-B63⋅H

⋅(8)B6m⋅H

⋅(8;Bm) $

⋅(89BP⋅$

ν⋅(89Bm) $

P&

1 8 1888 8 9,7 66,1 1,71 1:I8 1,:I 17,:1 18 1888 91,I 9,1I 6:,6 1,7: 1718 1,71 I,61 8 II4 47,4 9,1I 6I,I 1,97 1888 1,81 :,81 78 II 1 9,14 1,4 1,9I 489 8,41 6,9

1 98 II 14 9,14 7,9 1,67 6: 8, 9,711 68 I44 18 9,14 9,4 1,6: 69I 8,66 7,691 8 I47 61 9,14 6,I 1,1 9:8 8,9:4 ,I41 :8 I:4 I7 9,1I ,4 1,7 98 8,916 ,661 48 I: 776 9,1I :,6 1, 766 8,76 ,11 I8 46 7:: 9,1I 4,8 1,4 716 8,7 1,I6

1,87 188 I64 9I1 9,7 4,7 1,I 4 8,I6 1,:61,9 118 I61 91 9,7 4,6 1,I 6 8,4 1,64,8 18 I97 687 9,7 4, 1,: 71 8,99 1,97,:6 178 I76 696 9,: 4, 1,: 1 8, 1,77,4 198 I 64: 9,: 4,6 1,: 1I 8,1 1,79,46 168 I1: I 9,7 4,9 1,: 146 8,8 1,1:78 18 I8: :1 9,7 4,7 1,: 1:9 8,1I1 1,18

4,84 1:8 4I: :17 9,98 :,I 1,: 17 8,141 1,8618,7 148 44: :66 9,99 :,6 1,: 167 8,1:7 1,81

l2 Studiul Transferului de c Ldur n Regim Nesta Ionar Cu Varia Ia Temperaturii Fluidelor n Timp i...

Documents

Transcript of l2 Studiul Transferului de c Ldur n Regim Nesta Ionar Cu Varia Ia Temperaturii Fluidelor n Timp i...