Файл: Учебное пособие Томск 2001 удк.doc

4. Как вычисляются средние температуры теплоносителей? Для расчета каких величин они нужны?

5. В каких случаях прямоток и противоток равнозначны?

6. Каковы задачи конструкторского и поверочного расчетов теплообменников?

Пример решения задачи

Определить поверхность нагрева и эксергетический КПД противоточного теплообменника типа "труба в трубе". По внутренней трубе движется греющая вода. Начальная температура воды t₁=90^оС, массовый расход G₁=1,5кг/с. Диаметр трубы d₂/d₁=40/37 мм, коэффициент теплопроводности ее стенки =50 Вт/мК. Нагреваемая вода движется внутри кольцевого канала между трубами. Внутренний диаметр наружной трубы D=60 мм. Расход нагреваемой воды G₂=1,4 кг/с, её температура на входе t₂=20^оС, на выходе t₂=70^оС. КПД теплообменника, учитывающий потери тепла в окружающую среду, =0,95. Температура окружающей среды t_ос=20^оС.

Решение

Приняв теплоемкость воды =4185 Дж/кгК для интервала температур от t₂=20^оС до t₂=70^оС (табл. 2 приложения), определим количество теплоты, передаваемой нагреваемой воде

Q=G2 (t2- t2 )=1,44185 (70-20)=2,93105 Вт.

Температура греющей воды на выходе из теплообменника определится из уравнения теплового баланса. Пусть =4190 Дж/кгК,

Q=G1 (t1- t1 ),

Определяем средний температурный напор для противоточной схемы движения теплоносителей (рис.9.1, б):

---

и средние температуры теплоносителей. Так как t₁=t₁-t₁=90-49,1=40,9^oC меньше t₂= t₂-t₂ =50^oC, то средняя температура греющей воды

средняя температура нагреваемой воды


Из табл.2 приложения возьмем физические параметры греющей воды при =70^оС:

₁=977,8 кг/м³; λ₁=66,810^-2 Вт/мК; v₁=0,41510^-6 м²/с; =2,55;

нагреваемой воды при =45^оС:

₂=990,1 кг/м³; λ₂=64,1510^-2 Вт/мК; v₂=0,607510^-6 м²/с; =3,925.

Определим скорости движения теплоносителей: греющей воды, движущейся в трубе,

нагреваемой воды, движущейся в кольцевом зазоре,

Рассчитаем коэффициенты теплоотдачи от греющей воды к поверхности трубы (₁) и от поверхности трубы к нагреваемой воде (₂).

Число Рейнольдса для греющей воды

Так как Re₁>10⁴, коэффициент теплоотдачи находим по уравнению (7.28). Поправочный коэффициент принимаем равным 1, т.к. /d >50. Температуру внутренней и

---

наружной поверхностей трубы принимаем одинаковой, равной

При этой температуре Pr_c=3,13,

Nu1=0,021 (1,275105)0,82,550,43(2,55/3,13)0,25=362,

Коэффициент теплоотдачи ₂ рассчитывается по уравнению (7.30). Эквивалентный диаметр кольцевого канала d_э=D- d₂=0,06-0,04=0,02 м.

Число Рейнольдса

Число Нуссельта и коэффициент теплоотдачи,

Nu2=0,017 (2,963104)0,83,9250,4(3,925/3,13)0,25 (0,06/0,04)0,18=126,4;

Рассчитываем коэффициент теплопередачи. Толщина стенки трубы

=0,5 (d₂-d₁)=0,5 (0,04-0,037)=1,510^-3 м.

Коэффициент теплопередачи

Площадь поверхности нагрева теплообменника определим из уравнения теплопередачи

Определим температуры на поверхностях внутренней трубы из уравнений

Полученные температуры

---

и примерно на 2^оС отличаются от принятой ранее = =57,3 ^оС, поэтому расчет можно не уточнять и оставить полученный результат: площадь поверхности теплообмена F=5,18 м².

Эксергетический КПД теплообменника и разности эксергий теплоносителей рассчитываются по формулам

Принимая средние давления теплоносителей равными атмосферному р1бар, из таблиц воды и водяного пара [6] при р=1бар и температурах t₁, t₁, t₂ и t₂ найдем соответствующие значения энтальпий (h) и энтропий (s) теплоносителей и произведем необходимые расчеты:


Ответы: F=5,18 м², _экс=0,634.

---

ЛИТЕРАТУРА

1. 
   Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. - М.: Энергоиздат, 1981. – 416 с.
   

2. 
   Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия, 1977. – 344 с.
   

3. 
   Теплотехника /Под ред. А.П. Баскакова. – М.: Энергоатомиздат, 1991. –224 с.
   

4. 
   Алабовский А.М., Недужий И.А. Техническая термодинамика и теплопередача. – К.: Высш. шк., 1990. – 255 с.
   

5. 
   Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. – М.: Энергия, 1980. –288 с.
   

6. 
   Вукалович М.П., Ривкин С.Л., Александров А.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. – М.: Изд. стандартов, 1969. – 408 с.
   

7. 
   Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Справочник. Кн. 2 / Под общ. ред. В.А. Григорьева и
   В.И. Зорина. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 512 с.
   

ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица 1
Физические параметры сухого воздуха

при давлении р = 760 мм рт. ст.

t, ºC	ρ, кг/м3	ср, , кДж/кг∙К	, Вт/(м∙К)	, м2/ с	, Па∙с	, м2/с	Pr
-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 140 160 180 200 250 300 350 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200	1,584 1,515 1,453 1,395 1,342 1,293 1,247 1,205 1,165 1,128 1,093 1,060 1,029 1,000 0,972 0,946 0,898 0,854 0,815 0,779 0,746 0,674 0,615 0,566 0,524 0,456 0,404 0,362 0,329 0,301 0,277 0,257 0,239	1,013 1,013 1,013 1,009 1,009 1,005 1,005 1,005 1,005 1,005 1,005 1,005 1,009 1,009 1,009 1,009 1,009 1,013 1,017 1,022 1,026 1,038 1,047 1,059 1,068 1,093 1,114 1,135 1,156 1,172 1,185 1,197 1,210	2,04 2,12 2,20 2,28 2,36 2,44 2,51 2,59 2,67 2,76 2,83 2,90 2,96 3,05 3,13 3,21 3,34 3,49 3,64 3,78 3,93 4,27 4,60 4,91 5,21 5,74 6,22 6,71 7,18 7,63 8,07 8,50 9,15	12,7 13,8 14,9 16,2 17,4 18,8 20,0 21,4 22,9 24,3 25,7 26,2 28,6 30,2 31,9 33,6 36,8 40,3 43,9 47,5 51,4 61,0 71,6 81,9 93,1 115,3 138,3 163,4 188,8 216,2 245,9 276,2 316,5	14,6 15,2 15,7 16,2 16,7 17,2 17,6 18,1 18,6 19,1 19,6 20,1 20,6 21,1 21,5 21,9 22,8 23,7 24,5 25,3 26,0 27,4 29,7 31,4 33,0 36,2 39,1 41,8 44,3 46,7 49,0 51,2 53,5	9,23 10,04 10,80 12,79 12,43 13,28 14,16 15,06 16,0 16,96 17,95 18,97 20,02 21,09 22,10 23,13 25,45 27,80 30,09 32,49 34,85 40,61 48,33 55,46 63,09 79,38 96,89 115,4 134,8 155,1 177,1 199,3 233,7	0,728 0,728 0,723 0,716 0,712 0,707 0,705 0,703 0,701 0,699 0,698 0,696 0,694 0,692 0,690 0,688 0,686 0,684 0,682 0,681 0,680 0,677 0,674 0,676 0,678 0,687 0,699 0,706 0,713 0,717 0,719 0,722 0,724

---