BADANIA

WĘŻOWNICOWEGO

WYMIENNIKA CIEPŁA

TYPU RURA W RURZE

GRAFICZNA METODA WILSONA

Laboratorium Technologie i maszyny

energetyczne

Cel ćwiczenia

Laboratorium Technologie i maszyny

energetyczne

Wyznaczenie stałych we wzorach korelacyjnych na liczbę Nusselta po

stronie płynu oddającego i odbierającego ciepło.

Budowa i podstawowe parametry wymiennika ciepła

Laboratorium Technologie i maszyny

energetyczne

Badany jest skraplacz CCX 14, którego schemat wraz z podstawowymi
wymiarami geometrycznymi przedstawiono na rysunku 1.

Rys. 1. Badany wymiennik ciepła (skraplacz CCX14) – podstawowe

wymiary geometryczne i widok ogólny

Budowa i podstawowe parametry wymiennika
ciepła

Laboratorium Technologie i maszyny

energetyczne

Jest to wymiennik przeponowy typu rura w rurze, zwinięty wzdłuż linii
śrubowej, który dzięki zastosowanemu na stanowisku laboratoryjnym
układowi zaworów może pracować zarówno jako wymiennik współprądowy
lub przeciwprądowy. Wymiennik jest w całości wykonany z miedzi.

Podstawowe parametry wymiennika:
- znamionowa moc cieplna
- różnica ciśnień czynnika gorącego na wlocie i wylocie z wymiennika

- maksymalne objętościowe natężenie przepływu
- średnica zewnętrzna kanału kołowego
- średnica zewnętrzna kanału pierścieniowego

14

n

Q

kW

=

&

0,32 bar

p

D =

3

m

2,3

h

V �

&

1,

22 mm

z

d =

2,

35 mm

z

d =

Budowa i podstawowe parametry wymiennika
ciepła

Laboratorium Technologie i maszyny

energetyczne

Rys. 2. Przekrój poprzeczny wężownicy

Średnica zastępcza kanału pierścieniowego opisana jest
następująco

Do wyznaczenia powierzchni, przez którą następuje wymiana ciepła
przyjmujemy
średnią średnicę rury wewnętrznej:

35

32

20

22

woda zimna (2)

woda gorąca (1)

2,

1,

h

w

z

d

d

d

=

-

2

1,

5,99m 0,021m 0,3952m

cśr

F

l d

p

p

= �� = �

�

=

Stanowisko eksperymentalne

Laboratorium Technologie i maszyny

energetyczne

Rys. 3. Schemat stanowiska badawczego

ZW

1Zo26

1Zo23

1Zo27

Fs3

PO2

1Zo24

1Zo19

1Zo21

1Zo22

1Zo20

1Zo13

1Zo14

1Zo15

1Zo16

1Zo17

1Zo18

1Zo25

Zgr1

1Zo3
1Zo4

1Zo5

1Zo6
1Zo7

3Zo1

3Zo2

RPG

RZG

RZG

RPG

1Zo12

1Zo11

1Zo10

1Zo9

1Zo8

2Zo2

2Zo4

2Zo1

1Zo3

2Zo3

1Zo6

1Zo5

1Zo8

1Zo7

1Zo4

1Zo2

Fs1

KKoG

POK

WR

GP1

GP2

GP3

Zb

1Zo1 TI

TI PI

PI FI

TIT

PI

FI TI

PI

TI

TI

TI

Zs1

Zs2

Zs4

Zs3

TIT

TIT

TIT

TIT

TIT

TIT

TIT

TIT

TIT

TIT

TIT

TIT

TIT

TIT

TIT

TIT

TIT

TIT

TIT

TIT

TIT

TIT

TIT

TIT

TIT

FIT

TC

TC

TC

Zg1

Zgr3

Zg3

PO1

Fs2

TI

T

TI

T

FI

T

TI

T

KAero

Went

WL

NWK

Fs1, Fs2, Fs3

— filtrsiatkowy

GP1, GP2, GP3

— grzejniki centralnego ogrzewania

KAero

— kanał aerodynamiczny

KKoG

— kondensacyjny kocioł gazowy

NWK

— naczynie wzbiorczekotła

PO1

— pompaobiegowaWilo Stratos

PO2

— pompaobiegowa Grundfos UPE

POK

— pompaobiegowakotła

RPG

— rozdzielacz powrotny

RZG

— rozdzielacz zasilający

Went

— wentylator

WL

— lamelowy wymiennik ciepła

WR

— wężownicowy przeponowy wymiennik ciepłatypu„rurawrurze”

ZW

— zbiornik wyrównawczy

Graficzna metoda Wilsona

Laboratorium Technologie i maszyny

energetyczne

1

2

c

sc

R

R R

R

= +

+

1,

1,

1 1

2 2

ln

1

1

2

z

w

c

sc

d

d

R

A

L

A

a

pl

a

� �

� �

� �

=

+

+

1

1 1

1,

1,

2

2 2

1

ln

2

1

z

w

sc

sc

R

A

d

d

R

L

R

A

a

pl

a

=

� �

� �

� �

=

=

Graficzna metoda Wilsona

Laboratorium Technologie i maszyny

energetyczne

1

1,

1

0,8

0,3

1

1

1

1

1

1,

0,8

0,3

1

1

1

0,023Re Pr

0,023Re Pr

w

w

d

Nu

d

Nu

a

l

l

a

�

�

=

�

�

=

�

�

=

�

2

2

0,8

0,4

2

2

2

2

2

0,8

0,4

2

2

2

0,023Re Pr

0,023Re Pr

h

h

d

Nu

d

Nu

a

l

l

a

�

�

=

�

�

=

�

�

=

�

0,8

0,3

1

1

1

1

1

1,

Re Pr

w

C

d

l

a =

0,8

0,4

2

2

2

2

2

Re Pr

h

C

d

l

a =

1

c

k

R

=

Graficzna metoda Wilsona

Laboratorium Technologie i maszyny

energetyczne

0,8

0,3

0,8

0,4

1

2

1

1

1

1

2

2

2

2

1,

1

1

1

Re Pr

Re Pr

sc

w

h

R

k

C

A

C

A

d

d

l

l

=

+

+

0,8

0,3

0,8

0,4

1

1

2

1

1

1

2

2

2

1,

2

1

1

1

1

Re Pr

Re Pr

sc

z

w

h

R

A

k

C

C

d

A

d

l

l

-

=

+

y ax b

= +

0,8

0,3

1

1

1

1

1

1,

2

0,8

0,4

2

2

2

2

1

1

Re Pr

1

1

Re Pr

w

sc

z

h

x

a

A

C

d

A

y

R

b

k

C

d

l

l

=

=

= -

=

Graficzna metoda Wilsona

Laboratorium Technologie i maszyny

energetyczne

Wyznaczenie wielkości pośrednich

1. Własności termofizyczne płynu

gęstość

współczynnik lepkości kinematycznej

współczynnik przewodzenia ciepła

liczba Prandtla

( )

T

r

r

=

( )

T

n n

=

( )

T

l

l

=

1,

1,

2,

2,

dla plynu gorącego

2

dla plynu zimnego

2

p

k

p

k

T

T

T

T

T

T

+

=

-

+

=

-

( )

Pr Pr T

=

Graficzna metoda Wilsona

Laboratorium Technologie i maszyny

energetyczne

Wybrane właściwości fizyczne wody

Temperatu

ra

Gęstość r

Ciepło

właściwe

c

w

Współczynnik

 

przewodz.

ciepła l

dyfuzyjnoś

ci cieplnej

a×10

7

dynamiczn

y lepkości

h×10

3

kinematycz

ny lepkości

n×10

6

Liczba

Prandtla

Pr

C

kg/m

3

J/(kgK)

W/(mK)

m

2

/s

Pa·s

m

2

/s

-

0

999,8

4240

0,550

1,31

1,790

1,790

13,70

5

999,7

4228

0,561

1,33

1,530

1,540

11,30

10

999,6

4215

0,573

1,36

1,304

1,300

9,56

15

998,9

4211

0,585

1,39

1,128

1,100

8,15

20

998,2

4207

0,597

1,42

1,001

1,000

7,06

25

996,9

4207

0,607

1,44

0,898

0,910

6,20

30

995,6

4203

0,616

1,47

0,801

0,805

5,50

35

993,9

4203

0,624

1,5

0,716

0,720

4,85

40

992,2

4203

0,632

1,53

0,653

0,659

4,30

45

990,1

4203

0,639

1,54

0,603

0,615

3,90

50

988,0

4203

0,646

1,56

0,549

0,556

3,56

55

985,6

4203

0,652

1,58

0,505

0,515

3,25

60

983,2

4207

0,658

1,61

0,471

0,479

3,00

65

980,5

4211

0,662

1,61

0,437

0,445

2,75

70

977,7

4215

0,666

1,61

0,406

0,415

2,56

75

974,8

4215

0,669

1,61

0,378

0,385

2,35

80

971,8

4219

0,673

1,64

0,356

0,366

2,23

85

968,5

4224

0,676

1,64

0,338

0,347

2,10

90

965,3

4228

0,679

1,67

0,315

0,326

1,95

95

961,8

4228

0,680

1,67

0,304

0,310

1,85

100

958,3

4232

0,681

1,69

0,283

0,295

1,75

Wybrane właściwości fizyczne wody

Graficzna metoda Wilsona

Laboratorium Technologie i maszyny

energetyczne

Laboratorium Technologie i maszyny

energetyczne

Wyznaczenie wielkości pośrednich

2. Liczby Reynoldsa

dla płynu gorącego

dla płynu zimnego

3. Strumień masy czynnika i prędkość

dla płynu gorącego

dla płynu zimnego

1

1,

1

1

Re

w

w d

n

�

=

2

2

2

Re

h

w d

n

�

=

2

2 2

2

2

2

r

=

=

&

&

&

m

V

V

w

F

1

1 1

1

1

1

r

=

=

&

&

&

m

V

V

w

F

Graficzna metoda Wilsona

Laboratorium Technologie i maszyny

energetyczne

Laboratorium Technologie i maszyny

energetyczne

Laboratorium Technologie i maszyny

energetyczne

Wyznaczenie wielkości pośrednich

4. Moc wymiennika ciepła

5. Średnia logarytmiczna różnica temperatur

6. Współczynnik przenikania ciepła

współprąd

przeciwprąd

(

)

2

2

2,

2,

w

k

p

Q mc T

T

=

-

& &

(

)

(

)

1,

2,

1,

2,

log

1,

2,

1,

2,

ln

ln

p

p

k

k

I

II

I

p

p

II

k

k

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

-

-

-

D - D

D

=

=

D

-

D

-

(

) (

)

1,

2,

1,

2,

log

1,

2,

1,

2,

ln

ln

p

k

k

p

I

II

I

p

k

II

k

p

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

-

-

-

D - D

D

=

=

D

-

D

-

2

log

=

D

&

z

Q

k

A T

Graficzna metoda Wilsona

Laboratorium Technologie i maszyny

energetyczne

Wymiary wymiennika

2

1

1,

2

2

1,

0,376m

0,414m

p

p

=

=

=

=

w

z

A

d L

A

d L

1,

1,

2,

2,

2,

1,

0,020m

0,022m

0,032m

0,035m

0,01m

=

=

=

=

=

-

=

w

z

w

z

h

w

z

d
d
d
d
d

d

d

2

1,

4

2

1

2

2

2,

1,

4

2

2

3,14 10 m

4

4,24 10 m

4

p

p

-

-

=

=

�

-

=

=

�

w

w

z

d

F

d

d

F

Graficzna metoda Wilsona

Laboratorium Technologie i maszyny

energetyczne

1

2

0,8

0,4

2

2

2

1

1

Re Pr

h

C

a

C

b

d

l

=

=