Дана схема теплообменника.
По внутренней трубе проходит холодный воздух, поступающий из ресивера 1, рис. 1 (см. расчет первой задачи). В кольцевом канале, образованном внутренней поверхностью кожуха диаметром Dк и наружной поверхностью внутренней трубы теплообменника диаметром Dн, проходит горячий воздух.
Параметры горячего (G1, t1) и холодного (t2) воздуха взять из табл. 2.
Выполнить расчет теплообменного аппарата типа «труба в трубе»: определить площадь поверхности теплообмена; уточнить конечные значения температур горячего и холодного теплоносителей.
Рис. 2
Дано: G1 = 0,05 кг/с; Dк = 128 мм; t1 = 80 С; t2 = 55 С.
Решение
1) Расчет теплообмена со стороны холодного воздуха.
Тепловой поток, передаваемый в теплообменнике:
где G2 = 0,0193 кг/с – массовый расход холодного воздуха, берем из первой задачи;
срm2 – средняя массовая теплоемкость, определяем по средней температуре холодного воздуха:
срm2 = 1,005 кДж/(кгК);
Физические параметры воздуха при средней температуре (табл. П.2 методических указаний):
2 = 1,137 кг/м3;
2 = 16,7210-6 м2/с;
2 = 0,0273 Вт/(мК);
Pr2 = 0,7.
Скорость холодного воздуха:
Число Рейнольдса:
- турбулентный режим.
Критерий Нуссельта определяем по формуле:
где отношение для воздуха можно принять равным 1;
l – поправочный коэффициент, принимаем l = 1.
Коэффициент теплоотдачи от трубы к холодному воздуху:
2) Расчет теплообмены со стороны горячего воздуха.
Температуру горячего воздуха на выходе из теплообменника определяем по формуле:
где срm1 – средняя массовая теплоемкость горячего воздуха, определяемая по средней температуре
Так как в диапазоне температур от 0 до 100С срm1 практически не изменяется, то принимаем срm1 = 1,005 кДж/(кгК).
Физические параметры горячего воздуха при средней температуре (табл
. П.2 методических указаний):
1 = 1,02 кг/м3;
1 = 20,34110-6 м2/с;
1 = 0,0299 Вт/(мК);
Pr1 = 0,693.
Наружный диаметр теплообменной трубы примем исходя из толщины стенки для трубы теплообменного аппарата ст = 1мм, при D = 38 мм, Dн = 40 мм.
Площадь сечения для прохода горячего воздуха:
Скорость горячего воздуха:
В качестве определяющего размера при течении в кольцевом сечении используется эквивалентный диаметр:
Число Рейнольдса:
- турбулентный режим.
Критерий Нуссельта определяем по формуле:
Коэффициент теплоотдачи от горячего воздуха к трубе:
3) Определение площади поверхности теплообмена.
Учитывая, что толщина стенки (для цилиндрической трубы теплообменного аппарата) много меньше радиуса ее кривизны, определим коэффициент теплопередачи от горячего воздуха к холодному воздуху по формуле для плоской стенки:
где ст = 40 Вт/(м2К) – коэффициент теплопроводности стальной стенки.
Определим температурный напор, для чего вычислим больший и меньший температурные напоры на входе и выходе теплоносителей:
Средний температурный напор:
Площадь поверхности теплопередачи определяем из уравнения теплопередачи:
4) Поверочный расчет теплообменного аппарата.
Для определения уточненных значений величин и определим вначале уточненное же значение теплового потока (Q, Вт), применительно к заданной схеме движения теплоносителей, по формуле, записанной через известные значения начальных температур теплоносителей на входе:
где W1 = G1 · сpm1 – условный (водяной) эквивалент греющего теплоносителя, Вт/К;
- функция величин и ,
где W2 = G2 · сpm2 – условный (водяной) эквивалент нагреваемого теплоносителя, Вт/К.
Вычислим величины и найдем значение (таблица 3 методических указаний):
= 0,234.
Уточненное значение теплового потока:
Уточненные значения конечных температур найдем из уравнения теплового баланса:
Построим график изменения температур теплоносителей в теплообменном аппарате:
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
