![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
Решение:
Теплоемкость воды ср=4,19 кДж/(кг ∙°С).
Рис. 4. к задаче 14.
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
ρж1 = 977 кг/м3; υж1 = 0,415∙10-6 м2/с; λ ж1 = 0,670 Вт/(м∙°С); Рrж1= 2,55;
tж2 = 0,5(t'ж2+ t''ж2) = 0,5(13+42) =27,5 °С;
при этой температуре
ρж2 = 995 кг/м 3; υж2 = 0,805∙10-6 м2/с; λ ж2 = 0,618 Вт/(м∙°С); Рrж2 = 5,42. стр. 22
Скорости движения теплоносителей
ω1 = 4G1 = 4∙2120 = 0,799 м/с,
ρж1 πd12∙3600 977∙3,14(3,1∙10-2)2 ∙3600
ω2 = 4G2 = 4∙3100 = 1,33 м/с,
ρж2 π(D — d22)∙3600 995∙3,14(4,62 — 3,42) ∙10-4∙3600
Число Рейнольдса для потока греющей воды
Reж1= ω1 d1 = 0,799∙3,1∙10-2 = 5,9∙104
υж1 0,415∙10-6
Режим течения греющей воды турбулентный и расчет числа Нуссельта и коэффициента теплоотдачи ведем по следующей формуле:
Число Нуссельта
Nu ж1 = 0,021Re0,8ж1 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
α1 = Nu ж1(λ ж1/d1) = 189(0,668 / 3,1∙10-2) = 4073 Вт/(м2∙ °С).
Число Рейнольдса для потока нагреваемой воды
Re ж2 = (ω2dэ / υж2) = (1,33∙1,2∙10-2)/(0,805∙10-6) = 1,98∙104
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 = 0,017Re0,8ж2 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
α2 = Nu ж2(λ ж2/dэ) = 107(0,618 / 1,2∙10-2) = 5510 Вт/(м2∙ °С).
стр. 23
Коэффициент теплопередачи
К = 1 = 1 = 2174 Вт/(м2∙°С)
1 + δс + 1 1 + 1,15∙10-3 + 1
α1 λс α2 4073 40 5510
Так как в рассматриваемая случае t'ж1− t''ж2 = 48 < 1,5 то с достаточной точ-
t''ж1− t'ж2 34
ностью можно вести расчет по среднеарифметической разности температур:
Δ tа = tж1− tж2 = 68,5− 27,5 = 41,0°С.
Плотность теплового потока
q = k∙Δta = 2174 ∙ 41,0 = 8,91∙ 104 Вт/м2.
Поверхность нагрева
F = Q/q = 105/89,1 = 1,18 м2
Число секций
n = F / (πd1l) = 1,18 / (3,14∙ 3,1∙ 10-2 ∙ 1,5) = 8
Температура поверхностей стенок трубы
tc1 = tж1−(q/α1) = 68,5−(89100/4073) = 46,6°С.
tc2 = tж2−(q/α2) = 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.