WUP_BAC - Hochschule Merseburg
Werbung
Hochschule Merseburg (FH) Praktikum Verfahrenstechnik Wärmeübertragungsprozess 1. Versuchsziel und Aufgabenstellung In diesem Praktikumsversuch soll das Betriebsverhalten eines Kühlprozesses in einer Anlage im Technikumsmaßstab untersucht werden. Zur Übertragung von Wärme gibt es verschiedene Möglichkeiten der Stromführung. Es sollen daher Untersuchungen im Gegenstrom und Gleichstrom der Medien bei Reihenschaltung bzw. Parallelschaltung der Apparate durchgeführt werden. Die typischen T,A-Schaubilder sind zu erstellen. Bei den praktischen Versuchen ist zu beachten, dass die Messdaten fehlerbehaftet sind. Ausgangspunkt für alle weiteren Überlegungen muss daher ein Messwertsatz sein, der sowohl aus physikalischer als auch aus bilanztechnischer Sicht korrekt und in sich stimmig ist. Dazu ist die Wärme und Mengenbilanz für die Versuchsanlage aufzustellen. Wenn die berechnete Differenz zwischen abgegebener und aufgenommener Wärmemenge unglaubhaft von den zu erwartenden Wärmeverlusten QV abweicht, müssen ausgewählte Messdaten verantwortungsbewusst korrigiert werden. 2. Beschreibung der Anlage und Hinweise zum Betreiben Anhang 1: Konstruktionsdaten und Stoffwerte Anhang 2: Datensatz zur Vorbereitung Anhang 3: Übersicht über die Schaltungsmöglichkeiten Anhang 4: Fließbild In zwei Mantelrohrregistern kann ein Warmwasserstrom mittels eines Kaltwasserstroms gekühlt werden. Beide Ströme können mittels Ventil und Schwebekörper-Durchflussmesser wunschgemäß eingestellt werden. Der Warmwasserstrom wird in einem Durchlauferhitzer erwärmt. Er durchläuft die Mantelrohrregistergruppe (Innenrohre) in Reihen- oder Parallelschaltung und wird im Kreislauf gefahren. Der Kaltwasserstrom kann die Mantelrohrregistergruppe in Reihen- und Parallelschaltung im Gegen- oder Gleichstrom zum Warmwasser durchlaufen und verlässt sie durch die Ablaufsammelleitung. Die Temperaturen beider Ströme können vor Ein- und Austritt in die Mantelrohrregister gemessen werden. Betriebshinweise : Auf korrekte Ventilstellung entsprechend der Schaltungsvariante achten. ! Vor Messwertaufnahme das Erreichen des stationären Betriebszustandes abwarten! Anlagenteile können bis zu 60 °C warm werden. 3. Versuchsvorbereitung Erstellen Sie eine Ventilliste aus der der Status jedes Ventils für die 4 verschiedenen möglichen Fahrweisen hervorgeht. Bilanzieren Sie den WÜ. Welche Größen müssen Sie messen, welche Größen können Sie aus Tabellenwerten entnehmen, um die aufgestellte Bilanz zahlenwertmäßig lösen zu können? Lösen Sie die Bilanz mit den Werten aus Anhang 2 für jede Registergruppe und den Gesamtapparat. Wie genau sind PT 100 Sensoren zur Temperaturmessung und wie genau sind Durchflußmesser mit Turbinenrad? An welchem Messwert lässt sich am Besten beurteilen, ob der stationäre Zustand schon erreicht ist? Welche Einflüsse auf den Wärmedurchgangskoeffizienten bewirken dessen Abhängigkeit z.B. von VK? In welcher Richtung wirkt eine Vergrößerung von VW auf TW? Ist diese Abhängigkeit linear? Wenn nein, warum nicht? Hängt die Stärke dieser Wirkung von der Größe VK ab? Wenn ja, warum? Mit welcher Verstellung kann einer unerwünschten Erhöhung von TW entgegengewirkt werden, und wodurch wird diese Steuermöglichkeit begrenzt? In welcher Richtung wird sich TW bei gleichbleibenden Werten aller Eingangsgrößen ändern, wenn von Reihen- auf Parallelschaltung umgestellt wird, und warum? Anhang 1: Konstruktionsdaten und Stoffwerte Mantelrohrregister Durchmesser des Mantels innen 16 mm Durchmesser der Innenrohre innen 10 mm Durchmesser der Innenrohre außen 13 mm Gesamtlänge des Doppelmanntels 7,5 m Material: legierter Stahl WNr. 1.4301 (X5CrNi18-10), AISI 304 (V2A) Wärmeleitfähigkeit: 15 W/m*K Stoffwerte Wasser: spezifische Wärmekapazität Dichte Wärmeleitfähigkeit kinematische Viskosität [kJ/(kg*K)] [kg/m³] cp = 4,185 kJ/ [h m K] [m²/s] = 2,0107 + 0,007606*T - 0,000033467*T2 T in [°C] = 1005,7 - 0,375*T ln = -13,2883 - 0,0280596*T + 0,000112275*T2 T in [°C] Anhang 2: Messwertsatz zur Vorbereitung Gehen Sie von einem Wärmeverlust des kalten Stromes an die Umgebung von TTM,M aus. Beispiel: Versuchstag ist der 21.11. 211,1 W Wärmeverlust Versuchstag ist der 07.12. 71,2 W Wärmeverlust Gegenstrom Reihenschaltung TK TKzw 17,4 30,2 [°C] [°C] TK TW TWzw 38,1 54,2 45,5 32 7,7 7,3 [°C] [°C] [°C] [°C] [l/min] [l/min] TW VK VW TW, ; TK, TW, ; TK, TWzw; TK,zw T in [°C] Eintrittstemperatur des Warm- bzw. Kaltwassers Austrittstemperatur des Warm- bzw. Kaltwassers Temperatur zwischen den beiden Registern. Anhang 3: Übersicht über die Schaltungsmöglichkeiten Jeweils 3 Rohre bilden ein Register, das hier als Block dargestellt ist. Gegenstrom Reihe VK, TK TKzw TK WÜ1 WÜ2 TW TWzw VW,Tw TKzw TK Gleichstrom Reihe VK, TK WÜ1 WÜ2 TWzw VW,Tw TW Gegenstrom Parallel VK1,TK TW1 WÜ1 TK1 VW1,TW VK, TK TK,Misch TW,Misch TW2 VK2,TK WÜ2 VW2,TW TK2 VK1,TK1 VW1,TW WÜ1 TK1 TW1 VW ,TW Gleichstrom Parallel TK,Misch VK, TK VW ,TW VW2,TW VK2,TK WÜ2 TW TK TW,Misch
