Определить поверхность нагрева рекуперативного газовоздушного теплообменника при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей

Составляем тепловой баланс рекуперативного газовоздушного теплообменника:
(1)
где - массовые расходы продуктов сгорания и воздуха соответственно, ;
- удельная теплоемкость (при ) продуктов сгорания и воздуха соответственно, ;
, , , - начальные и конечные температуры продуктов сгорания и воздуха соответственно, .
Массовую теплоемкость воздуха при постоянном давлении определяем как для двухатомного газа при
(2)
где - мольная теплоемкость воздуха при постоянном давлении, ;
- молярная масса воздуха, ;
Массовый расход нагреваемого воздуха определяем из уравнения состояния, составленного для нормальных условий:
(3)
где - давление при нормальных физических условиях;
- газовая постоянная воздуха, ;
- температура при нормальных физических условиях;
101325∙4∙1033600287∙273,15=1,436
Определяем количество теплоты, передаваемой от газа к воздуху по формуле (1):
Q=1,436∙1,012∙375-30=501кВт
Среднелогарифмический температурный напор:
(4)
где - температурный перепад теплоносителей соответственно больший и меньший на концах теплообменника, ;
Прямоток:
(5)
675-30=645°С
(6)
475-375=100°С
645-100ln645100=292°C
Противоток:
(7)
475-30=445°С
(8)
675-375=300°С
445-300ln445300=368°C
Площадь поверхности теплообмена:
(9)
где - коэффициент теплопередачи теплообменника, ;
Прямоток:
50121∙10-3∙292=82
Противоток:
50121∙10-3∙368=65
Площадь поверхности нагрева при противотоке меньше, чем при прямотоке (82>65), так как средняя температура при противотоке больше, чем при прямотоке (368°С>292°С).
Рисунок 1 - График изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена и принципиальная схема теплообменника: а - прямоточная схема движения теплоносителей; б - противоточная схема движения теплоносителей.