Рассчитать площадь поверхности теплообмена воздухоподогревателя из труб со спиральным наружным оребрением

Уравнение теплового баланса (тепловыми потерями в окружающую среду пренебрегаем):
Q=G1∙Cp1∙t1'-t1''=G2∙Cp2∙t2''-t2'
где G1- расход конденсата , кг/с;
Ср1- удельная изобарная теплоемкость горячего теплоносителя- конденсата , Вт/(м2 K) ;
t1' и t1''-начальная и конечная температура конденсата, ℃;
G2- расход нагреваемого воздуха , кг/с;
Ср2- удельная изобарная теплоемкость воздуха , Вт/(м2 K) ;
t2'' и t2'- начальная и конечная температура воздуха, ℃.
Средняя температура воздуха :
t2=t2'+t2''2=20+702=45℃
При этой температуре Ср2=1,005 кДж/(кгK)
Определим теплоту, воспринимаемую воздухом :
Q=40 ∙1,005∙70-20=2010 кВт
Средняя температура конденсата :
t1=t1'+t1''2=110+802=95℃
При этой температуре Ср1=4,214 кДж/(кгK)
Из уравнения теплового баланса определим расход конденсата.
G1 =QCp1∙t1'-t1''=20104,214 ∙ 110-80=15,9 кг/с.
Поверхность теплообмена аппарата определяется из формулы :
Q  =  К ∙F ∙Δt  F=Q  К ∙Δt
где К-коэффициент теплопередачи, Вт/(м2K).
t- средний температурный напор, зависит от схемы движения теплоносителей в аппарате, ℃.
Как правило, более рационально направлять теплоносители по противоточной схеме (рис.2)
t1' и t1''-начальная и конечная температура конденсата, ℃;
t2'' и t2'- начальная и конечная температура воздуха, ℃.
∆tб= t1-t2 =80-20=60°С - большая разность температур
∆tм= t1' -t2' =110 -70=40°С - меньшая разность температур
tб/tм=60/40=1,5≤ 1,7
-1181109906000-419100649605∆tм
0∆tм
2981325139446026670001203960-352425937260-6667579438528956001108710∆tб
0∆tб
01203960t2'
t2'
0165735t1'
t1'
19145251394460t2''
t2''
2114550651510t1''
t1''
276225-120015t
t
Рис.2.Изменение температур по длине воздухоподогревателя
При tб/tм ≤ 1,7 t =(tб+tм)/2=(60+40)/2=50℃.
Коэффициент теплопередачи К рассчитывается в зависимости от типа поверхности теплообмена . Коэффициенты теплопередачи могут быть отнесены как к поверхности теплообмена со стороны горячего Sг, так и холодного Sх теплоносителя (отнесены к оребренной или неоребренной поверхности теплообмена) . При этом должно выполняться равенство :
Q  =  Кг∙Fг ∙Δtг = Кх∙Fх ∙Δtх
Согласно [2], стр.32 при наличии оребрения на наружной поверхности теплообмена (со стороны воздуха) коэффициент теплопередачи Кх, отнесенный к внутренней (неоребренной) поверхности, равен :
1Кх=1αг ψор+δст+1αх
где г=5000 Вт/(м2 K)- коэффициент теплоотдачи конденсата;
ст=0,5(27-25)10-3=1 10-3 м-толщина разделительной стенки;
=100 Вт/(м K)- коэффициент теплопроводности алюминия;
х =50 Вт/(м2 K)- коэффициент теплоотдачи воздуха(для воздуха коэффициент теплоотдачи отнесен к полной поверхности с учетом оребрения)
=1- поправка , которая учитывается в случае влажного воздуха и ,
как следствие, выпадения влаги;
ψ-степень оребрения ;
ор- термическая эффективность оребренной стенки.
Термическая эффективность оребренной стенки ор зависит от эффективности одиночного ребра р.
ор=1- (1-р)
= (ψ -1)/ψ- коэффициент оребрения
Эффективная высота круглого спирального ребра
lэф=0,5(D-dн )+0,5 =0,5(75-27)+0,50,3=24,15 мм=0,02415 м
Рис.4