![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Задача № 15. ⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 9
Определить поверхность нагрева и число секций водоводяного теплообменника типа «труба в трубе» (рис. 4). Греющая вода движется по внутренней стальной трубе [λ с = 40 Вт/(м∙ K)] диаметром d2/d1 = 34/31 мм и имеет температуру на входе t'ж1 = 90 °С. Расход греющей воды G1 = 2120 кг/ч. Нагреваемая вода движется противотоком по кольцевому каналу между трубами и нагревается от t'ж2 = 13 °С до t''ж2 = 45 °С. Внутренний диаметр внешней трубы D =46 мм. Расход нагреваемой воды G2 = 3100 кг/ч. Длина одной секции теплообменника l = 1, 5 м. Потерями тепла через внешнюю поверхность теплообменника пренебречь.
Решение: Теплоемкость воды ср =4, 19 кДж/(кг ∙ K).
Количество передаваемого тепла Q =G2 ср2(t''ж2 — t'ж2 ) = (3100/3600)∙ 4, 19∙ (42—13) = 105 кВт.
Температура греющей воды на выходе t''ж1= t'ж1—(Q / G1 ср1) = 90—((105 ∙ 3600) / (2120 ∙ 4, 19)) = 47 °С
Находим среднеарифметические значения температур теплоносителей и значения физических свойств воды при этих температурах: tж1 = 0, 5(t'ж1+ t''ж1) = 0, 5 (90+47) =68, 5 °С;
при этой температуре
ρ ж1 = 977 кг/м3;
tж2 = 0, 5(t'ж2+ t''ж2) = 0, 5(13+42) =27, 5 °С;
при этой температуре
ρ ж2 = 995 кг/м 3;
Скорости движения теплоносителей
Число Рейнольдса для потока греющей воды
Режим течения греющей воды турбулентный и расчет числа Нуссельта и коэффициента теплоотдачи ведем по следующей формуле:
Число Нуссельта
Nu ж1 = 0, 021 Re0, 8ж1 Pr0, 43ж1(Prж1/ Prс1)0, 25
Так как температура стенки неизвестна, то в первом приближении задаемся значением
tc1 ≈ 0, 5(tж1+ tж2) = 0, 5(68, 5+27, 5) =48 °С.
При этой температуре Рrc1 = 3, 5; тогда
Nu ж1 = 0, 021(5, 9∙ 104)0, 8 ∙ (2, 55)0, 43 ∙ (2, 55/ 3, 5)0, 25 = 189
Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке трубы α 1 = Nu ж1(λ ж1/d1) = 189(0, 668 / 3, 1∙ 10-2) = 4073 Вт/(м2∙ K).
Число Рейнольдса для потока нагреваемой воды Re ж2 = (w2dэ /
где эквивалентный диаметр для кольцевого канала dэ = D—d2 = 46—34 = 12 мм.
Режим течения нагреваемой воды турбулентный и расчет числа Нуссельта и коэффициента теплоотдачи ведем по формуле для теплоотдачи при турбулентном течении в каналах кольцевого сечения: Nu ж2 = 0, 017 Re0, 8ж2 Pr0, 43ж2(Prж2/ Prс2)0, 25∙ (D/d2)0, 18
Приняв в первом приближении tc2 ≈ tc1 и, следовательно, Рrc2 ≈ Рrc1 ≈ 3, 5, получим: Nu ж2 = 0, 017(1, 98∙ 104)0, 8 ∙ (5, 42)0, 43∙ (5, 42/ 3, 5)0, 25∙ (46/34)0, 18 = 107
Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к нагреваемой воде
α 2 = Nu ж2(λ ж2/dэ) = 107(0, 618 / 1, 2∙ 10-2) = 5510 Вт/(м2∙ K).
Коэффициент теплопередачи
Так как в рассматриваемая случае ностью можно вести расчет по среднеарифметической разности температур: Δ tа = tж1− tж2 = 68, 5− 27, 5 = 41, 0 °С. Плотность теплового потока q = k∙ Δ ta = 2174 ∙ 41, 0 = 8, 91∙ 104 Вт/м2.
Поверхность нагрева F = Q/q = 105/89, 1 = 1, 18 м2
Число секций n = F / (π d1l) = 1, 18 / (3, 14∙ 3, 1∙ 10-2 ∙ 1, 5) = 8
Температура поверхностей стенок трубы tc1 = tж1 − (q/α 1) = 68, 5 − (89100/4073) = 46, 6 °С. tc2 = tж2 − (q/α 2) = 27, 5 − (89100/5510) = 43, 67 °С.
При этих температурах Рrc1 = 3, 82 и Рrc2 = 4, 02 и поправки на изменение физических свойств жидкости по сечению потока имеют следующие значения: (Prж1/ Prс1)0, 25 = (2, 55 / 3, 82)0, 25 = 0, 904 (в расчете было принято 0, 91); (Prж2/ Prс2)0, 25 = (5, 42 / 4, 02)0, 25 = 1, 077 (в расчете было принято 1, 1).
Совпадение достаточно точное; можно принять, что F =1, 18 м2 и n = 8. Ответ: F =1, 18 м2; n = 8.
|