6 Теплообменные аппараты

Классификация и расчетная модель. Теплообменными аппаратами называют технические устройства, предназначенные для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. Теплообменными аппаратами являются: парогенераторы и конденсаторы паротурбинных установок, испарители и конденсаторы холодильных машин, промежуточные охладители компрессорных установок и многие другие устройства. Участвующие в теплообмене вещества (теплоносители) могут находиться в жидком или газообразном состоянии, либо в виде двухфазного потока.

По принципу действия теплообменные аппараты делятся на рекуперативные, регенеративные и смесительные (или контактные). В рекуператорах обеспечивается передача тепла от горячего теплоносителя к холодному через разделяющую их стенку (по конструктивному исполнению рекуператоры бывают самыми разнообразными: кожухотрубными, радиаторными, пластинчаторебристыми, спиральными, сотовыми, витыми и многими другими). В регенераторах горячий и холодный теплоносители омывают одну и ту же поверхность теплообмена (теплоемкую аккумулирующую насадку), например, воздухоподогреватели доменных печей, регенераторы разделения воздуха и др. Режим работы регенераторов обычно нестационарный. В смесительных аппаратах передача тепла между теплоносителями осуществляется путем непосредственного их смешивания (контакта). Часто контактный теплообмен сопровождается массообменном, например, в градирнях, скрубберах, эжекторах и др.

Кроме перечисленных существует множество их разновидностей, применяемых в технике.

Наиболее широкое применение находят рекуперативные теплообменные аппараты различного назначения.

25

Тепловой расчет рекуператоров может быть проектным, целью которого является определение поверхности теплообмена, и поверочным, в результате которого при известной поверхности нагрева F определяются количество передаваемой теплоты (тепловая мощность Q) и конечные температуры теплоносителей и . Основными расчетными уравнениями являются:

- уравнения теплового баланса (уравнения I закона термодинамики), которые при отсутствии тепловых потерь от корпуса аппарата имеют вид

, (58)

где нижний индекс «1» и «2» относятся соответственно к горячему и холодному теплоносителю; верхние индексы « ^/ » и « ^// » - к параметрам теплоносителей на входе и выходе. Очевидно, что при работе в стационарном режиме массовые расходы теплоносителей постоянны по длине теплообмена. Т. к. падение давления при течении теплоносителей в рекуператоре незначительное (допустимые потери обычно задаются при проектировании), то расчет разностей энтальпий в (57) для любых газообразных или жидких сред при отсутствии фазовых превращений осуществляют по средним изобарным теплоемкостям в требуемом интервале температур. В испарителях и конденсаторах используют зависимости (57) в общем виде.

Третьим расчетным уравнением является основное соотношение теплопередачи (59), (20), которое при условии , представляется как

, (59)

где - средний температурный напор между теплоносителями.

Величина зависит от схемы движения теплоносителей. Наиболее простыми схемами являются: прямоток, противоток и перекрестный ток. При прямотоке теплоносители движутся вдоль поверхности теплообмена в одном направлении, при противотоке – в противоположных направлениях, при перекрестном токе – в перекрещивающихся направлениях. Во многих аппаратах схемы намного более сложные. При противотоке можно обеспечить более высокое значение среднего температурного напора , что является достоинством этой схемы в ряде случаев. Если необходимо поддерживать постоянную температуру на поверхности нагрева ( ), то предпочтение отдают прямоточным схемам (рис. 7). Средний температурный напор для прямотока и противотока определяют по формуле:

, (60)

где − соответственно больший и меньший из крайних напор температур (например, для прямотока ).

Для схем перекрестного тока и для других более сложных схем движение теплоносителей средний температурный напор определяют как произведение величин , рассчитанной по (60) для противотока, на поправку , определяемую по номограммам , т.е.

. (61)

26

Рис.7 – Характер изменения температур теплоносителей

при прямотоке и противотоке.

Пример 11. Определить поверхность нагрева водяного экономайзера, выполненного по противоточной схеме, если температура газов на входе , расход газов т/ч, а их средняя теплоемкость . Температура воды на входе , расход воды т/ч. Тепловая мощность экономайзера МВт. Рассчитанный средний коэффициент теплопередачи k от газов к воде составляет 79 . Найти длину труб мм экономайзера.

Решение. Уравнение теплового баланса (58) для потока газов:

Откуда температура газов на выходе

.

Энтальпия воды на входе (по таблице А3) .

Энтальпия воды на выходе по уравнению теплового баланса (169):

.

Температура воды на выходе (по таблице А4) .

Средний температурный напор

Необходимая поверхность теплообмена экономайзера .

Расчетная длина L труб экономайзера: внутренний диаметр трубы ; общая длина труб .

27

Пути повышения эффективности теплообменных систем. Около 80% энергии в промышленности передается в различных теплообменных аппаратах и поэтому центральной задачей при их проектировании является экономия материальных и экономических ресурсов. При этом необходимо учитывать, что с уменьшением металлоемкости аппарата снижаются капитальные затраты, но одновременно с этим растут энергетические затраты при эксплуатации, связанные с ростом скоростей или температурных напоров. Так, например, повышение скорости теплоносителя позволяет повысить коэффициент теплоотдачи и, соответственно, коэффициент теплопередачи аппарата, а следовательно, уменьшить габариты и металлоемкость. Однако при этом возрастают потери напора и расход мощности на привод насоса или компрессора. Увеличение температурного напора обычно приводит к повышению потерь эксергии в системе, а значит, - к дополнительным затратам энергоресурсов при эксплуатации.

Повышение эффективности теплообменных систем предполагает: 1) уменьшение поверхности или увеличение производительности при заданных условиях работы; 2) уменьшение температурного напора при заданных площади поверхности теплообмена F и производительности (тепловой мощности ). Эти задачи могут быть решены путем повышения коэффициента теплопередачи k.

Одним из методов повышения теплопередачи является рациональное оребрение со стороны меньшей теплоотдачи для выравнивания термических сопротивлений по направлению теплового потока.

Для повышения коэффициентов теплоотдачи применяют турбулизацию потоков теплоносителей, срыв или уменьшение пограничного слоя (согласно дифференциальному уравнению теплоотдачи (24), ), переход к кипящему слою, методы разрушения жидкой пленки в конденсаторах, оригинальные конструктивные решения по интенсификации теплоотдачи. Основная сложность этих решений заключаются в том, что при интенсификации теплоотдачи обычно растет гидродинамическое сопротивление по пути движения теплоносителей. По этой причине при проектировании поверхностей теплообмена всегда проводят совместные расчеты по сопротивлению и теплоотдаче.

28

ПРИМЕР

выполнения расчетной работы

КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ ГАЗОВОГО КОНВЕКТИВНОГО

ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЯ

Цель работы – приобретение навыков для проведения расчетов теплообменного оборудования энергетических установок, изучение методов интенсификации теплопередачи и способов выбора рациональных поверхностей теплообмена.

1 ЗАДАНИЕ

Ознакомиться с методикой расчета конвективных рекуператоров на стадии разработки конструкции, выбрать геометрию трубного пучка и рассчитать основные показатели пароперегревателя при условии обеспечения максимально возможной компактности, разработать эскизный чертеж пароперегревателя.

2 ОПИСАНИЕ ТЕПЛООБМЕННОЙ СИСТЕМЫ

Пароперегреватель установлен в вертикальном газоходе за камерой сгорания (топливо-природный газ; за счет рециркуляции топочных газов коэффициент избытка воздуха _в1). В поперечно-омываемых продуктами сгорания трубах движется перегреваемый водяной пар. Схема включения теплоносителей перекрестно-противоточная.

3 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Давление сухого водяного пара р_сп=0,8 МПа.

Параметры перегретого пара: t_пп=450^оС; р_пп0,8 МПа.

Паропроизводительность m_п=15 т/ч.

Параметры продуктов сгорания (выхлопных газов): t_Г1=900 ^оС; t_Г2=220 ^оС; р_Г=0,1 МПа.

Допускаемое сопротивление: по газовому тракту р_Г=2 кПа, по пару р_Г=50 кПа.

4 ПОРЯДОК РАСЧЕТА

Тепловая мощность пароперегревателя, кВт

(1)

Расход продуктов сгорания, кг/с

(2)

Средние изобарные теплоемкости с_рm1 и с_рm2 находят по таблице:

t, оС	0	100	200	300	400	500	600	700	800	900	1000
срm, кДж/кгК	1,105	1,115	1,126	1,139	1,153	1,168	1,184	1,199	1,214	1,228	1,242

Средняя температура пара, К, ^оС

(3)

Энтальпию h_nn, h_cn и энтропию s_nn, s_cn пара находят по таблицам или по h, s – диаграмме.

Средний температурный напор для противоточной схемы включения теплоносителей, ^оС

(4)

Средняя температура продуктов сгорания, ^оС

(5)

Выбор геометрии трубного пучка: диаметр d и толщина стенки трубы, материал, наличие оребрения, число ходов, шаги s₁ и s₂ для поперечно-омываемого пучка.

Рекомендуемый пучок гладкотрубный, двухзаходный, шахматный, материал – сталь 20 качественная (_с50 Вт/мК): d=32х2 мм; s₁ = s₂ = 42 мм.

Расход пара в одной трубе, кг/с

(6)

29

Рекомендуемая средняя скорость пара W_n=20-30 м/с. Средний удельный объем пара _n определяют по h, s – диаграмме (_n(t_п, р_сп)).

Число труб в двойном ряду .

Число труб в одном ряду

Теплофизические свойства пара находят по таблице:

t, оС	0	100	200	300	400	500	600	700	800
106, Пас	8,23	11,97	15,92	20,03	24,30	28,70	33,21	37,82	42,53
102, Вт/мК	1,508	2,372	3,346	4,419	5,579	6,821	8,136	9,522	10,973
ср, кДж/кгК	1,859	1,890	1,941	2,000	2,064	2,132	2,201	2,273	2,345
Рr	1,015	0,954	0,924	0,907	0,900	0,897	0,898	0,903	0,909
К		1,28	1,30	1,29	1,28	1,27	1,26	1,25	1,25

Критерий Рейнольдса для пара

(7)

Число Нуссельта для турбулентного течения (Re_n=10⁴…510⁶, Pr_n=0,6…2500) пара

(8)

Средний коэффициент теплоотдачи к пару, Вт/м²К

(9)

Ширина газохода при шахматном расположении труб, м³/кг

(10)

Средний удельный объем продуктов сгорания, м³/кг

(11)

где R_Г=291 Дж/кгК; р_Г=110⁵ Па.

Длина газохода L и просвет f_г(м²) назначается из решения системы:

,

(12)

Рекомендуемая средняя скорость W_Г=1020 м/с.

Желательна компановка, при которой .

Теплофизические свойства продуктов сгорания принимают по таблице свойств сухого воздуха (см. приложение).

Критерий Рейнольдса для продуктов сгорания

(13)

Для области течения, когда Re_Г=10³-210⁵, критериальное давление средней теплоотдачи трубы в глубинном ряду шахматных пучков при .

30

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ

К ВЫПОЛНЕНИЮ РАСЧЕТНОЙ РАБОТЫ

1. Трубу с кипящим холодильным агентом диаметром 30мм необходимо покрыть тепловой изоляцией, толщина которой по конструктивным соображениям не должна превышать 10мм. Коэффициент внешней теплоотдачи α=4 Вт/(м²∙К). Подберите материал изоляции для снижения тепловых потерь в два раза и покажите график распределения температуры по направлению теплообмена.

2. Вдоль металлической стенки аппарата с обеих сторон движутся турбулентные потоки двух жидкостей. Коэффициент теплоотдачи с одной стороны α₁ =230, а с другой - α₂= 400Вт/(м²∙К). Во сколько раз увеличится передаваемый через стенку тепловой поток, если при прочих равных условиях, скорость первого потока жидкости возрастет в два раза? Термическое сопротивление стенки можно не учитывать.

3. На внутренней поверхности котельной площадью 300м² кирпичной стенки толщиной 0,5м поддерживается температура 18°C. Для этого используется топка, к.п.д. которой 60%. Стенка утеплена слоем пробковой изоляции толщиной 0,055м (λ_п= =0,05Вт/м∙К). Теплота сгорания топлива 43МДж/кг. Температура наружного воздуха минус 25°С, а коэффициент теплоотдачи α₂ =6Вт/(м²∙К). Определите потерю тепла через стенку Q, Вт, температуру на поверхности изоляции, расход топлива т_т.

4. Стальной трубопровод диаметром d= 30х2мм и длиной L=100m необходимо покрыть изоляцией для снижения тепловых потерь не менее, чем в два раза. По трубопроводу движется вода со скоростью 0,4м/с, температура ее на входе t₁=90°C. Температура окружающего воздуха t₂=25°C, а коэффициент теплоотдачи α₂=10Вт/(м²∙К). Подберите тепловую изоляцию λ_из и толщину покрытия (δ_из). Покажите график распределения температуры.

5. В приборе для определения коэффициента теплопроводности жидкостей по методу нагретой нити» диаметр и длина платиновой нити 0,15 и 80 мм соответственно; диаметр трубки из кварцевого стекла (λ_с=0,74Вт/м∙К), по оси которой натянута нить, 3x1 мм. Определите коэффициент теплопроводности λ и среднюю температуру t_м масла, заполняющего кольцевой зазор между нитью и трубкой, если при прохождении тока 0,636А электросопротивление нити 6,7 Ом, температура внешней поверхности трубки 35°С, а нити 132°С. Объясните сущность метода.

6. Медный электропровод диаметром 10мм, покрытый резиновой изоляцией (λ=0,15Вт/м∙К) толщиной 1,5 мм, охлаждается потоком воздуха с коэффициентом теплоотдачи α=13Вт/(м²∙К); температура воздуха 15°С. Определите допускаемую силу тока I в проводе (электросопротивление _эл = 0,017Ом∙мм²/м) при условии, что максимальная температура изоляции составляет 70°С. Найдите критический диаметр изоляции и покажите путь снижения температуры изоляции.

7. Известно, что при работе холодильной машины температура наружной поверхности ее стального (λ=40Вт/м∙К) трубопровода диаметром 130х7мм равна 0°С и минус 3°С соответственно при отсутствии и наличии внешней изоляции. Материал изоляции стекловойлок (λ=0,046Вт/м∙К) имеет толщину 5мм. Определите температуру протекающего по трубе кипящего теплоносителя и тепловые потери Q, Вт/м, при отсутствии и наличии изоляции, если температура окружающего воздуха 30°С, а коэффициент теплоотдачи ₂=12Вт/(м²∙К).

31

8. Для измерения температуры воздуха, движущегося по каналу, установлена термопара, показание которой t_m=400°С. Степень черноты спая термопары =0,8, а температура стенок канала t_c=З00°С. Коэффициент теплоотдачи между воздухом и спаем термопары α=40Вт/(м²∙К). Определите ошибку в показании термопары и температуру воздуха вблизи термопары.

9. Определите плотность теплового потока q, Вт/м², через воздушную прослойку толщиной 8мм кирпичной обмуровки парогенератора, если температура внутренних обмуровочных поверхностей t_c1=450°С и t_c2=300°С, а степень черноты  =0,93.

10. Вода с начальной температурой 90°С входит в горизонтальную трубу диаметром 20х1мм и охлаждается; ее расход G=270кг/час. Найдите длину трубы L, на выходе из которой вода будет иметь температуру 30°С, если средняя температура стенки t_c=20°С.

11. Определите мощность электронагревателя w, необходимую для поддержания температуры t_c=20°C на поверхности стального контейнера пороховой ракеты (цилиндр длиной L=5м и диаметром d=1м), расположенного горизонтально в закрытом ангаре. Температура окружающего воздуха t=-З0°С, а стенок ангара t_a=-33˚С.

12. Определите тепловой поток от стального паропровода, проложенного горизонтально внутри цехового помещения, стенки которого имеют температуру t_м =25°С. Наружный диаметр трубопровода d= 150мм, длина 200м. По трубопроводу течет влажный водяной пар давлением 1МПа. Температура воздуха в цехе 27°С. Степень черноты поверхности паропровода =0.8.

13. Медный электрический провод диаметром 10мм, покрытый резиновой изоляцией (λ_и=Вт/(м∙К) толщиной 1,5мм, охлаждается поперечным потоком воздуха, имеющим температуру 20°С и скорость 1м/с. Определить допускаемую силу тока I в электропроводе (удельное электрическое сопротивление _эл =0,017Ом∙мм²/м) при условии, что максимальная температура изоляции составляет 70°С.

14. Металлическая стенка аппарата с одной стороны омывается горячим газом, а с другой - охлаждается кипящей водой. Для интенсификации теплопередачи выполнено «рациональное» оребрение. Определите плотность теплового потока через стенку с оребрением и при его отсутствии, если t_газ =1400°С, температура кипения t_кип = 120°C, коэффициенты теплоотдачи соответственно α₂=500Вт/(м²∙К) и α_к=3000Вт/(м²∙К), толщина стенки 3мм (λ_с=20Вт/(м∙К)). Степень эффективности ребер Е=1. Найдите степень рационального оребрения и покажите график распределения температуры.

15. Определите потери тепловой мощности Q, Вт, паропроводом диаметром 0,1м, длиной 20м при движении по нему насыщенного водяного пара давлением 2,8МПа; температура окружающего воздуха 30°С, а коэффициент теплоотдачи α₂=9Вт/(м²∙К). Двухслойная изоляция паропровода изготовлена из ньювеля (λ₁=0,08Вт/м∙К, δ₁=0,02м) и асбозурита (λ₂=0,15Вт/м∙К, δ₂=0,03м). Покажите график распределения температуры при указанном и измененном порядках наложения слоев изоляции.

16. Кипящая вода воспринимает теплоту от дымовых газов парогенератора через стальную стенку толщиной 15мм. Температура газов 900°С, температура воды 200°С, коэффициенты теплоотдачи равны соответственно 120 и 2300Вт/(м²∙К), коэффициент теплопроводности стали λ=48Вт/(м∙К). Постепенное отложение сажи (λ_с=0,12Вт/(м∙К)) и накипи (λ_н=1,3Вт/(м∙К)) привело к снижению плотности теплового потока в 2,2 раза и к повышению температуры стенки на 60°С. Определите толщину слоев сажи и накипи, вычислите плотность теплового потока q и коэффициент теплопередачи к.

32

17. Определите потери тепла стальным паропроводом (λ=45Вт/(м∙К)) диаметром d=20х2мм и длиной L=50м, если он покрыт слоем изоляции из асбеста (λ=0,15 Вт/(м∙К)) толщиной δ=15мм. По трубопроводу течет насыщенный водяной пар, давление которого 30 бар. Температура окружающего воздуха 27°С, а коэффициент теплоотдачи α₂=5,8Вт/(м²∙К). Определите потери тепла трубопроводом без изоляции, проанализируйте ситуацию и покажите график распределения температуры.

18. В латунную трубку диаметром 14x1мм подается насыщенный водяной пар при атмосферном давлении в количестве G=0,001 кг/с. Определите длину трубки для полной конденсации пара, если труба снаружи охлаждается проточной жидкостью со средней температурой t₂ =30°С и коэффициентом теплоотдачи α₂=120Вт/(м²∙К).

19. В теплообменнике воздух в количестве 0,5 кг/с охлаждается от 170 до 60°С водой, которая подается насосом. Температура воды на входе в насос 18°С, а на выходе из теплообменного аппарата 42°С, давление воды в аппарате снижается на 0,7бар. Коэффициент теплопередачи аппарата k=30(Вт/м²∙К). Определить температуру воды после насоса и его мощность N_H, если к.п.д. насоса _н=0,7, тепловую нагрузку Q аппарата и потребную поверхность теплообмена F.

20. Трубчатый воздухоподогреватель производительностью 15т/час изготовлен из труб диаметром 20хЗмм. Внутри течет горячий газ со средней температурой 300°С. Воздух подогревается от 27 до 420°С. Трубки выполнены из стали (λ=23Вт/(м∙К)). Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке α₁=70Вт/(м²∙К), a от стенки воздуху α₂=40Вт/(м²∙К). Определите поверхность нагрева F подогревателя и оцените погрешность расчета для плоской эквивалентной стенки.

21. Теплообменник выполнен из латунных труб диаметром 38х2мм. Греющая среда - воздух с температурой на входе =35О°С, а на выходе =240°C. Расход подогреваемой воды G₂=2т/час, начальная температура =30°C и конечная =200°C. Коэффициенты теплоотдачи от воздуха к трубам α₁=50 и от труб к воде α₂=200Вт/(м²∙К). Найдите площадь поверхности нагрева аппарата F для противоточного включения и необходимый расход воздуха G₁.

22. В прямоточном теплообменнике вода охлаждает жидкость. Расход воды и её начальная температура соответственно 0,25кг/с и 15°С. Те же величины для жидкости соответственно 0,07кг/с и 140°С. Коэффициент теплопередачи k=35Вт/(м²∙К), а поверхность нагрева F=8м². Теплоёмкость жидкости 3кДж/(кг∙К). Определите конечные температуры воды и жидкости и переданный тепловой поток Q.

23. Определите поверхность нагрева F газовоздушного теплообменника с противоточной схемой движении теплоносителей, если объёмный расход нагреваемого воздуха при нормальных физических условиях V_н=^:1000м³/час, средний коэффициент теплопередачи от газов к воздуху k=18Вт/(м²∙К), а температуры газов и воздуха =550°C, =340°С, =15°С, =300°С. Коэффициент потерь тепла от аппарата в окружающую среду =0,95. Найти необходимый расход газа G₁, если его теплоёмкость с_р=870Дж(кг∙К).

24. Охладитель масла выполнен из трёх латунных труб диаметром 30x1мм и длиной 500мм каждая. Внутри труб движется масло со средней температурой 80°С. Снаружи трубы обдуваются потоком воздуха, температура которого меняется от 15 до 60°С. Коэффициент теплоотдачи со стороны масла а₁=88Вт/(м²∙К), а со стороны воздуха а₂=18Вт/(м²∙К). Определите тепловую нагрузку Q охладителя и расход охлаждающего воздуха G₂.

33

25. Паровой калорифер изготовлен из 150 стальных горизонтальных труб диаметром 38x3мм, по которым проходит 5200кг/час воздуха, нагревающегося от 20 до 90°С. Снаружи трубы обогреваются насыщенным паром давлением 2бара. Определите необходимую длину труб L и расход греющего пара G". В расчетах принять среднюю температуру стенки труб 90°С, а пар считать неподвижным.

26. В конденсатор поступает 900кг/час перегретого водяного пара температурой 120°С при атмосферном давлении (теплоёмкость перегретого пара с_р=2кДж/(кг∙К). Он конденсируется на трубах, по которым течет вода с температурой на входе =17°С. Определите передаваемый тепловой поток Q, расход воды G₂ и её температуру на выходе из конденсатора, если коэффициент теплопередачи k=1000Вт/м²∙К, а площадь теплообмена аппарата F=10 m².

27. Имеется теплообменник из 22 горизонтальных труб наружным диаметром 18мм и длиной 1,8м. Достаточна ли его поверхность для конденсации 1100кг/час водяного пара при давлении 0,27МПа? Определите расход охлаждающей воды G₂ по трубам, если она нагревается от 20 до 40°С. Коэффициент теплопередачи аппарата k=1000Вт/(м²∙К).

28. Трубчатый теплообменник имеет поверхность нагрева 48м². В нем нагревается 85т/час воды от 72 до 92°С. Греющей средой является насыщенный водяной пар при избыточном давлении 0,43бар. Найдите коэффициент теплопередачи аппарата k и оцените его габаритные размеры. Определите потребный расход пара G₁.

29. В кожухотрубном теплообменнике водяной пар с давлением 4,7бар конденсируется на внешней поверхности труб. Расход конденсата G₁=5,2kг/c. Холодная вода, движущаяся по трубам, нагревается от =20 до ⁼50°С. Определите расход охлаждающей воды G₂ и потребную поверхность теплообмена F, если коэффициент теплопередачи k=2000Вт/(м²∙К).

30. Паровая турбина расходует 51000кг/час пара, который поступает в конденсатор при давлении 0,04 бар и степени сухости х=0,89, где охлаждается проточной водой и конденсируется. Вода нагревается на 11°С. Определите расход охлаждающей воды G₂ и потребную поверхность теплообмена F конденсатора, если коэффициент теплопередачи k=-1200Вт/(м²∙К), а начальная температура воды = 15°С.

31. В противоточный поверхностный конденсатор подается 360кг/час сухого насыщенного водяного пара при температуре 120°С, отдающего теплоту воде с температурой на входе 20°С. Определите расход воды G₂, тепловую мощность аппарата Q и потребную поверхность теплообмена F, если наименьшая разность температур между паром и водой составляет 30°С, а коэффициент теплопередачи k=800 Вт/(м²∙К).

32. По трубкам калорифера проходит насыщенный водяной пар при давлении 0,52МПа, который греет атмосферный воздух от 5 до 140°С в количестве G₂=0,5кг/с. Определите тепловую нагрузку аппарата Q и потребную площадь теплообмена F, если коэффициент теплопередачи k=40 Вт/(м²∙К).

33. Производительность испарителя 1600кг/час жидкости, поступающей в теплообменник при температуре t₂=127°С. Теплота парообразования жидкости г=377кДж/кг. Нагрев осуществляется водяным паром при давлении 4,76 бар. Определите расход конденсирующегося водяного пара G₁ если он сухой насыщенный и конденсируется полностью, а также – потребную поверхность теплообмена F, если коэффициент теплопередачи k=1800 Вт/(м²∙К).

34

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(справочное)

Таблица А1 - Свойства газов

Газ				Молеку-	Газовая	Плотность
		Химическая		лярная	постоян ная,	(при 0°С и
		формула		масса	Дж/(кг К)	р=0,1013
						МПа), кг/м3
Азот Аммиак Ацетилен Бутан Водород Воздух Гелий Кислород Метан Окись углерода Двуокись углерода Сернистый ангидрид Сероводород Хлор Этилен		N2 NН3 С2Н2 С4H10 Н2 - Не O2 СH4 СO СO2 SО2 Н2S Сl2 С2Н4		28,02 17,03 26,04 58,12 2,02 28,96 4,00 32,00 16,03 28,01 44,01 64,06 34,08 70,91 28,05	296,8 488,3 319,4 143,1 4125,0 287,2 2077,4 259,9 518,9 296,9 188,9 129,8 244,1 117,3 296,5	1,2505 0,7714 1,1709 2,703 0,08987 1,2928 0,1785 1,42895 0,7168 1,250 1,9768 2,9263 1,5392 3,220 1,2605
Газ	Критические параметры			Массовая теплоемкость (при 0°С и р=0,1013 МПа), Ср, кДж/кг-К		Показатель адиабаты k (при 0°С и р=0,1013 МПа)
	Ткр, К		Ркр, МПа
Азот Аммиак Ацетилен Бутан Водород Воздух Гелий Кислород Метан Окись углерода Двуокись углерода Сернистый ангидрид Сероводород Хлор Этилен	126,0 405,4 308,5 425,0 32,8 132,5 5,0 154,6 190,5 133,0 304,0 430,5 373,4 417,0 282,9		3,39 11,30 6,24 3,80 1,29 3,77 0,23 5,08 4,64 3,50 7,38 7,88 9,00 7,71 5,10	1,038 2,043 1,610 1,592 14,195 1,005 5,207 0,915 2,165 1,040 0,815 0,607 0,992 4,723 1,459		1,40 1,31 1,25 1,10 1,41 1,40 1,66 1,40 1,32 1,40 1,31 1,27 1,33 1,36 1,26

35

Таблица А2 - Физические параметры сухого воздуха при давлении 760 мм рт. ст.

Т, К	t, С	, кг/м3	ср, кДж/ (кг град)	, 10-2 Вт/ (м град)	a, 10-5 м2/ сек	, 10-6 н сек/ м2	v, 10-6 м2/ сек	Pr
223 233 243 253 263 273 283 293 303 313 323 333 343 353 363 373 393 413 433 453 473 523 573 623 673 773 873 973 1073 1173 1273 1373 1473	-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 140 160 180 200 250 3130 350 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200	1,584 1,515 1.453 1,395 1,342 1,293 1,247 1,205 1,165 1,128 1,093 1,060 1,029 1,000 0,972 0,946 0,898 0,854 0,815 0,779 0,776 0,674 0,615 0,566 0,524 0,456 0,404 0,362 0,329 0,301 0,277 0,257 0,239	1,013 1,013 1,013 1,009 1,009 1,005 1,005 1,005 1,005 1,005 1,005 1,005 1,009 1,009 1,009 1,009 1,009 1,013 1,017 1,022 1,026 1,038 1,047 1,059 1,068 1,093 1,114 1,135 1,156 1,172 1,185 1,198 1,210	2,04 2,12 2,20 2,28 2,36 2.44 2,51 2,59 2,67 2,76 2,83 2,90 2,97 3,05 3,13 3,21 3,34 3,49 3,64 3,78 3,93 4,27 4,61 4,91 5,21 5,74 6,22 6,71 7,18 7,63 8,07 8,50 9,15	1,270 1,378 1,492 1,620 1,745 1,881 2,006 2,142 2,286 2,431 2,572 2.720 2,856 3,020 3,189 3,364 3,684 4,034 4,389 4,750 5,136 6,100 7,156 8,187 9,312 11,53 13,83 16,34 18,88 21,62 24,59 27,63 31,65	14,62 15,21 15,70 16,19 16.68 17,17 17,66 18,15 18,6* 19,13 19,62 20,11 20,60 21,09 21,48 21,88 22,86 23,74 24,52 25,31 26,00 27,37 29,72 31,39 33,06 36,20 39,14 41,79 44,34 46,70 49,05 51,21 53,46	9,23 10,04 10,80 12,79 12,43 13,28 14,16 15,06 16,00 16,96 17,95 18,97 20,02 21,09 22,10 23,13 25,45 27,80 30,09 32,49 34,85 40,61 48,33 55,46 63,09 79,38 96,89 115,4 134,8 155,1 177,1 199,3 223,7	0,728 0,728 0,723 0,716 0,712 0,707 0,705 0,703 0,701 0,699 0,698 0,696 0,694 0,692 0,690 0,688 0,686 0,684 0,682 0,681 0,680 0,677 0,674 0,676 0,678 0,687 0,699 0,706 0,713 0,717 0,719 0,722 0,724

36

Таблица АЗ - Физические параметры воды на линии насыщения

t, oС	Т, К	р, 105/м2	, кг/м3	h, кДж/кг	ср, кДж/ (кг град)	, 10-2 Вт/ (м град)	a, 10-5 м2/сек	, 106 Па сек	v, 10-6 м2/сек	Рr
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370	273 293 313 333 353 373 373 393 413 433 453 473 493 513 533 553 573 593 613 633	1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,43 1,99 2,70 3,62 4,76 6,18 7,93 10,04 12,56 15,56 19,09 23,21 27,99 33,49 39,79 46,96 55,07 64,22 74,48 85,95 98,73 112,93 128,69 146,13 165,43 186,50 210,6	999,9 999,7 998,2 995,7 992,2 988,1 983,2 977,8 971,3 965,3 958,4 951,0 943,1 934,8 926,1 917,0 907,4 897,3 886,9 876,0 863,0 852,8 840,3 827,3 813,6 799,0 784,0 767,9 750,7 732,3 712,5 691,1 667,1 640,2 610,1 574,4 528,0 450,5	0 42,04 83,91 125,69 167,52 209,31 251,14 293,01 334,96 377,00 419,12 461,4 503,7 546,4 589,1 632,2 675,4 719,3 763,3 807,7 852,5 897,7 943,7 990,2 1037,5 1085,7 1135,1 1185,3 1236,8 1290,0 1344,9 1402,2 1462,1 1526,2 1594,8 1671,4 1761,5 1892,5	4,212 4,131 4,183 4,174 4,174 4,174 4,1 79 4,157 4,195 4,208 4,220 4,233 4,250 4,267 4,288 4,313 4,346 4,380 4,417 4,459 4,505 4,556 4,614 4,681 4,756 4,844 4,949 5,070 5,230 5,485 5,736 6,071 6,574 7,244 8,165 9,50 13,98 40,32	55,1 57,4 59,9 61,8 63,4 64,8 65,9 66,8 67,5 68,0 68,3 68,5 68,6 69,8 68,5 68,4 68,3 67,9 67,5 67,0 66,3 65,5 64,.5 63,7 62,8 61,8 60,5 59,0 67,5 55,8 54,0 52,3 50,6 48,4 45,7 43,0 39,5 33,7	1,308 1,372 1,433 1,486 1,531 1,570 1,606 1,631 1,656 1,675 1,689 1,703 1,711 1,720 1,725 1,728 1,731 1,728 1,722 1,714 1,706 1,686 1,664 1,645 1,622 1,595 1,558 1,514 1,464 1,389 1,320 1,247 1,153 1,044 0,917 0,789 0,536 0,186	1788,4 1305,7 1004,5 801,5 653,3 549,4 469,9 406,1 355,1 314,1 282,5 259,0 236,4 217,8 201,1 186,4 173,6 163,8 153,0 144,2 136,4 130,5 124,6 119,7 114,8 109,5 105,5 102,0 98,7 94,2 91,2 88,3 85,3 81,4 77,5 72,6 66,7 56,9	1,789 1,306 1,006 0,805 0,659 0,556 0,478 0,415 0,365 0,326 0,295 0,272 0,252 0,233 0,217 0,203 0,191 0,181 0,173 0,165 0,158 0,153 0,148 0,145 0,141 0,137 0,135 0,133 0,131 0,129 0,128 0,128 0,128 0,127 0,127 0,789 0,126 0,126	13,67 9,52 7,02 5,42 4,31 3,54 2,98 2,55 2,21 1,95 1,75 1,60 1,47 1,36 1,26 1,17 1,10 1,05 1,00 0,96 0,93 0,91 0,89 0,88 0,87 0,66 0,87 0,88 0,90 0,93 0,97 1,03 1.11 1,22 1,39 1,60 2,35 6,79

37

Таблица А4 - Параметры сухого насыщенного пара и вода на кривой насыщения (по давлениям)

Р, МПа	tн, °С	м3/кг	м3/кг	кДж/кг	кДж/кг	кДж/(кг К)	кДж/(кг К)
0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 0,0035 0,0040 0,005 0,010 0,020 0,025 0,030 0,04 0,05 0,10 0,20 0,30 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0	6,936 13,001 17,486 21,071 24,078 26,674 28,95 32,89 45,82 60,08 64,99 69,12 75,87 81,33 99,62 120,23 133.54 151,84 158,84 164,96 170,41 175,36 179,88 198,28 212,37 233,83 250,33 263,91 275,56 285,80 294,98 303,31 310,96 324,64 336,63 347,32 356,96 365,72 373,71	0,0010001 0,0010007 0,0010014 0,0010021 0,0010028 0,0010035 0,0010042 0,0010054 0,0010102 0,0010171 0,0010198 0,0010223 0,0010264 0,0010299 0,0010432 0,0010606 0,0010733 0,0010927 0,0011009 0,0011081 0,0011149 0,0011213 0,0011273 0,0011538 0,0011768 0,0012164 0,0012520 0,0012858 0,0013185 0,0013510 0,0013838 0,0014174 0,0014522 0,001527 0,001611 0,001710 0,001839 0,00203 0,00269	130,04 88,38 67,24 54,42 45,77 39,56 34,93 28,24 14,70 7,652 6,201 5,232 3,999 3,24,3 1,1596 0,8860 0,6055 0,3749 0,3156 0,2728 0,2403 0,2149 0,1945 0,1317 0,09961 0,06663 0,04977 0,03943 0,03243 0,02738 0,02352 0,02049 0,01803 0,01426 0,01149 0,009319 0,007505 0,00586 0,00378	29,18 54,61 73,40 88,36 100,93 111,81 121,33 137,79 191,84 251,48 272,03 289,30 317,62 340,53 417,47 504,74 561,7 640,1 670,7 697,2 670,9 742,7 762,4 344,5 908,6 1008,4 1 087,5 1154,2 1213,9 1 267,6 1317,3 1363,9 1.407,9 1491,1 1370,8 1649,6 1732,2 1826,8 2009,7	2513,4 2524,7 2533,1 2539,5 2545,3 2549,9 2553,7 2560,9 2583,9 2609,2 2617,6 2624,6 2636,3 2645,2 2674,9 2706,8 2725,5 2748,8 2756,9 2763,7 2769,0 2773:,7 2777,8 2791,8 2799,2 2803,1 2800,6 2793,9 2784,4 2772,3 2758,6 2742,6 2724,8 2684,6 2637,9 2581,7 2510,6 2410,3 2195,6	0,1053 0,1952 0,2603 0,3119 0,3547 0,3912 0,4225 0,4764 0,6496 0,8324 0,8934 0,9441 1,0261 1,0912 1,3026 1,5306 1,6716 1,8605 1,9311 1,9923 2,0461 2.094:5 2,1383 2,3148 2,4471 2,6455 2,7965 2,9210 3,0276 3,1221 3,2079 3,2866 3,3601 3,4966 3,6233 3,7456 3,8708 4,0147 4,2943	8,9749 8,8268 8,7227 8,6424 8,5784 8,5222 8,4737 8,3943 8,1494 7,9075 7,8300 7,7673 7,6710 7,5923 7,3579 7,1279 6,9922 6,8221 6,7609 6,7090 6,6630 6,6223 6,5867 6,4458 6,3411 6,1859 6,0689 5,9739 5,8894 5,8143 5,7448 5,6783 5,6147 5,4930 5,3731 5,2478 5,1054 4,9280 4,5815

38

Рисунок А1 – Диаграмма состояния влажного воздуха.

39

Рисунок А2 – Диаграмма состояния водяного пара.

40

Рисунок А3 – Диаграмма состояния аммиака

41

Рисунок А3, лист2 – Диаграмма состояния аммиака

42

СПИСОК РЕКОМЕНДОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 Теплотехника/ А.Н. Алабовский, С.М. Константинов, И.А. Недужий/ Под редакцией С.М. Константинова.- К.: Вища школа, 1988.-256с.

2 Теплотехника/ И.Т. Швец, В.И. Голубинский, А.Н. Алабовский и другие.- К.: Вища школа, 1976.-518с.

3 Теплотехника/ Под редакцией А.Н. Басканова.- М.: Энергоатомиздат, 1991.- 224с.

4 Недужий И.А., Алабовский А.Н. Техническая термодинамика и теплопередача.- К.: Вища школа, 1978.- 224с.

5 Чечеткин А.В., Занемонец Н.А. Теплотехника.- М.: Высшая школа, 1986.- 344с.

6 Теплотехника/ Под редакцией В.М. Крутова.- М.: Машиностроение, 1986.- 432с.

7 Сборник задач по технической термодинамике и теплопередаче/ Е.В. Дрыжаков, С.И. Исаев, Н.К. Корнейчук и другие/ Под редакцией Б.М. Юдаева.- М.: Высшая школа, 1968.- 371 с.

8 Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике.- М.: Машиностроение, 1973.- 344с.

43