Определить поверхность нагрева стального рекуперативного воздушного теплообменника (толщина стенок δст= 3 мм) при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей

Теплота, передаваемая в теплообменном аппарате (воздухоподогревателе), выражается уравнением теплового баланса:
(1)
где - массовый расход воздуха и воды соответственно, ;
- средняя массовая теплоемкость теплоносителя в интервале температур до , .
Массовый расход воздуха:
(2)
где - давление воздуха при нормальных условиях, ;
- объемный расход воздуха при нормальных условиях, ;
- газовая постоянная воздуха, ;
- температура воздуха при нормальных условиях, ;
G2=101325⋅25⋅1033600287⋅273,15=7,2кгс.
Среднюю массовую теплоемкость воздуха определяем при средней температуре:
(3)
t1cp=480+2402=360°C.
Подставляя полученные результаты в выражение (1), находим
Q=7,2⋅1,031⋅480-240=1484,64кВт.
Расход воды через теплообменник:
(4)
Среднюю массовую теплоемкость воды определяем при средней температуре:
(5)
t2cp=95+152=55°C.
Подставляя полученные результаты в выражение (4), находим
G2=1484,644,17⋅95-15=4,45кгс.
Средний температурный напор:
- для прямотока
(6)
Δtпрям=480-15-240-95ln480-15240-95=83,15°С.
- для противотока
(7)
Δtпрот=480-95-240-15ln480-95240-15=141,7°С.
Коэффициент теплопередачи определяем по формуле для плоской стенки:
(8)
где - коэффициент теплопроводности стали, ;
k=1175+0,00345,4+15000=10,0169=59,17Втм2⋅К.
Площадь поверхности нагрева:
(9)
Прямоток:
Противоток:50
80
10
130
50
140
130
50
130
340
130
130
290
340
130
50
290
340
140
340
Рисунок 1 – График изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена и принципиальная схема теплообменника: а - прямоточная схема движения теплоносителей; б - противоточная схема движения теплоносителей
Рисунок 2 – График изменения температур теплоносителей для прямотока (а) и противотока (б) при различных соотношениях их условных эквивалентов.
1