В теплообменном аппарате типа «труба в трубе» (рис

1. Рассчитаем коэффициент теплоотдачи газа.
Параметры нагреваемого теплоносителя находим при определяющей температуре tср2:
tср2=t1г+t2г2
tср2 = 14 + 62 = 38,0 ℃
2
Так как в справочных таблицах нет значений при найденной температуре, теплоемкость нагреваемого теплоносителя находим с помощью интерполяции.
С2 = 1,73 кДж/(кг∙К)
Динамический коэффициент вязкости:
μ2 = 0,015 ·10-3 Па∙с
Коэффициент теплопроводности:
λ2 = 0,023 Вт/(м·К)
Плотность газа при давлении рг и температуре tcp2 рассчитаем, используя формулу пересчета от нормальных условий:
ρ2=ρ0∙pг∙T0p0∙Tг
где ρ0 – плотность газа при нормальных условиях, кг/м3;
Т0 = 273 К; р0 = 0,1 МПа – температура и давление при нормальных условиях.
Плотность газа при нормальных условиях
ρ0 = 1,36 кг/м3
ρ2 = 1,36 ∙ 0,2 ∙ 273 = 2,39 кг/м3
0,1 ∙ 311,0
Определяем число Прандтля.
Pr2=C2∙μ2λ2
Pr2 = 1,73 · 0,02 = 1,13
0,023
Площадь проходного сечения трубного пространства:
S2=π∙d124
где d1 – внутренний диаметр внутренней трубы, мм.
d1=d2-2δ
d1 = 76 − 2∙ 4 = 68 мм
S2 = 3,14 ∙ 0,068 2 = 3,63 ∙10-3 м2
4
Скорость газа в трубном пространстве:
ω2=VгS2
ω2 = 205 = 15,7 м/с
3600∙ 3,63 ∙10-3
Находим критерий Рейнольдса для газа.
Re=ω∙d∙ρ2μ (1)
Re2 = 15,68 · 0,068 ∙ 2,39 = 169720
0,02 ·10-3
Так как Re2 > 104, то критерий Нуссельта вычисляем по формуле:
Nu2=0,021∙Re0,8Prm0,43
Nu2 = 0,021· 169720 0.8 ·1,13 0.43 = 337,7
Определим коэффициент теплоотдачи по формуле:
α2=λ2·Nu2d1 (2)
где λ − коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К);
Nu2 − число Нуссельта.
Коэффициент теплоотдачи от трубы холодному теплоносителю:
α2 = 0,023 · 337,7 = 114 Вт/(м2·К)
0,068
2 . Рассчитаем коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя стенкам трубы.
Вычислим среднюю температуру по формуле:
tср1=t1Н2О+t2Н2О2 (3)
tср1 = 105 + 97 = 101,0 ℃
2
Теплоемкость греющего теплоносителя (воды) при этой температуре:
С1 = 4,222 кДж/(кг∙К)
Кинематическая вязкость:
ν1 = 0,29 ·10-6 м2/с
Коэффициент теплопроводности:
λ1 = 0,683 Вт/(м·К)
Плотность воды:
ρ1 = 958 кг/м3
Число Прандтля, соответствующее температуре теплоносителя:
Pr1 = 1,74
Определим тепловой поток, передаваемый через теплообменник (производительность теплообменника).
Q=C1G1∙t1Н2О - t2Н2О=C2G2∙t2г - t1г (4)
где G1 − массовый расход воды, кг/с.
G2 − массовый расход газа, кг/с.
Определим массовый расход газа.
G2=V2ρ23600
G2 = 205 · 2,4 = 0,14 кг/с
3600
Находим производительность теплообменника по (4):
Q = 1,73 ∙ 0,14 ∙( 62 − 14 ) = 11290 Вт
Определим массовый расход воды.
G1=QC1∙t1Н2О - t2Н2О
G1 = 11,3 = 0,33 кг/с
1,73 ∙( 105 − 97 )
Находим скорость движения греющего теплоносителя:
ω1=G1ρ1S1
где S1 – площадь проходного сечения межтрубного пространства, м2.
S1=π∙(D12-d22)4
D1=D2-2δ2
D1 = 108 − 2 ∙ 4 = 100 мм
S1 = 3,14 ∙ ( 0,1 2 − 0,076 2) = 0,0033 м2
4
Скорость движения греющего теплоносителя:
ω1 = 0,33 = 0,105 м/с
958 ∙ 0,0033
Число Рейнольдса определим по формуле (1)