Воздух подогревается в трубном пространстве одноходового кожухотрубчатого теплообменника (число труб — n=473) от температуры t1=220С до t2=850С при среднем абсолютном давлении P2=1,6 ат. Расход воздуха при нормальных условиях составляет V2н=10600 м3/ч. В межтрубное пространство поступает насыщенный водяной пар под абсолютным давлением P1=2,5 ат. Коэффициент теплопередачи – К=680 Вт/(м2·К). Принимаем, что потери тепла отсутствуют. Диаметр труб – d=38x2 мм
Определить:
1) режим течения воздуха в трубах;
2) площадь поверхности теплообмена.
Решение
Согласно справочным данным, температура водяного пара при давлении 2,5 ат (0,245 МПа) составляет 125,60С.
Рассчитываем среднюю движущую силу процесса теплообмена:
Воздух: 22→850С
Водяной пар: 125,6→125,60С
tб=125,6-22=103,60С
tм=125,6-85=40,60С
∆tср=∆tб-tмln∆tб∆tм=103,6-40,6ln103,640,6=67,250С
Средняя температура воздуха в теплообменнике:
tср=t1-∆tcp=125,6-67,25=58,350С
Рассчитываем объемный расход воздуха при рабочих условиях в теплообменнике:
V2р=V2н∙р0∙Tр∙T0,
где Т0-температура воздуха, соответствующая нормальным условиям, К; Т0=273 К;
Т – температура воздуха, соответствующая рабочим условиям в теплообменнике, К; Т=58,350С=331,35 К;
р0-давление, соответствующее нормальным условиям, Па; р0=101325 Па;
р- давление, соответствующее рабочим условиям, Па; р=1,6 ат=156904 Па;
V2н-объемный расход воздуха, соответствующий нормальным условиям, м3/ч; V2н=10600 м3/ч
V2=10600∙101325∙331,35156904∙273=8308,31 м3/ч
Внутренний диаметр труб теплообменника:
dвн= d-2·δ=38-2·2=34 мм=0,034 м
Скорость движения воздуха по трубам:
w2=V2π∙dвн24∙n=8308,313600∙3,14∙0,03424∙473=5,38 м/с
Определяем плотность воздуха при рабочих условиях в теплообменнике:
ρ2=М22,4∙Т0∙рТ∙р0,
где М – мольная масса воздуха, кг/кмоль; М=29 кг/кмоль;
ρ2=2922,4∙273∙156904331,35∙101325=1,652 кг/м3
Режим движения воздуха в трубном пространстве теплообменника:
Re=w2∙dвн∙ρ2μ2,
где μ2 - вязкость воздуха, Па·с; μ2 при 58,350С составляет 0,02·10-3 Па·с;
Re=5,38∙0,034∙1,6520,020∙10-3=15109
Режим движения воздуха – турбулентный.
Массовый расход воздуха в теплообменнике:
G2=V2∙ρ2=8308,31∙1,652=13725,33 кг/ч
Расход теплоты в теплообменнике для нагрева воздуха:
Q=G2∙C2∙t2.к-t2.н,
где С2-удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг·К); С2=1005 Дж/(кг·К) при средней температуре воздуха в теплообменнике 58,350С.
Q=13725,333600∙1005∙85-22=241394,24 Вт
Площадь поверхности теплообмена:
F=QК∙∆tcp=241394,24680∙67,25= 5,28 м2
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
