Задачи №155-166 [пр. № 8]
Определить тепловую нагрузку Q (кВт), площадь поверхности F (м2) и расход насыщенного водяного пара G (кг/с) с давлением P (МПа) для подогрева q (кг/с) жидкости от температуры t1 (оС) до t2 (оС), если коэффициент теплопередачи от пара к жидкости α (Вт/м2К).
вариант |
155 |
156 |
157 |
158 |
159 |
160 |
161 |
162 |
163 |
164 |
165 |
166 |
Среда |
ацетон |
бензол |
толуол |
метиловый спирт 100% |
||||||||
G |
10 |
12 |
11 |
14 |
16 |
12 |
12 |
11 |
14 |
10 |
12 |
13 |
t1 |
20 |
15 |
20 |
20 |
15 |
22 |
30 |
20 |
18 |
20 |
22 |
23 |
t2 |
50 |
45 |
50 |
60 |
65 |
58 |
90 |
80 |
82 |
60 |
58 |
57 |
P |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,3 |
||||||||
Α |
250 |
300 |
320 |
270 |
||||||||
Принять схему движения теплоносителей – противоток.
Задачи № 167-178 [пр. №98]
Определить тепловую нагрузку Q (кВт), площадь поверхности F (м2) и расход охлаждающей воды q (кг/с) в холодильнике для охлаждения G (кг/с) жидкости от температуры τ1 (С) до τ2 (оС). Температура воды в процессе охлаждения изменяется t1 (оС) до t2 (оС).
|
167 |
168 |
169 |
170 |
171 |
172 |
173 |
174 |
175 |
176 |
177 |
178 |
Среда |
мазут |
керосин |
дизельное топливо |
бензин |
||||||||
|
0,91 |
0,91 |
0,91 |
0,83 |
0,83 |
0,83 |
0,84 |
0,84 |
0,84 |
0,75 |
0,75 |
0,75 |
G |
20 |
25 |
20 |
8 |
10 |
15 |
10 |
20 |
30 |
5 |
10 |
15 |
τ1 |
150 |
170 |
180 |
190 |
180 |
170 |
200 |
190 |
180 |
80 |
90 |
100 |
τ2 |
100 |
90 |
100 |
60 |
55 |
60 |
70 |
80 |
70 |
45 |
50 |
55 |
t1 |
20 |
20 |
25 |
18 |
25 |
20 |
18 |
25 |
20 |
18 |
20 |
25 |
t2 |
45 |
30 |
45 |
28 |
45 |
40 |
35 |
45 |
40 |
35 |
40 |
45 |
– относительная плотность охлаждаемой жидкости.
Методические задания по решению задач к контрольной работе № 1
Пример № 1.
Определить
режим движения жидкости при массовом
расходе G=15
кг/с, если известно: среда – бензин;
средняя температура tср=120
C,
относительная плотность бензина
=0,75,
кинематическая вязкость при средней
температуре V=0,3x10
-6м2/с,
бензин движется по трубному пространству
теплообменника при этом диаметр трубок
dx
=25x2
мм число трубок n
=100.
Дано: G = 15 кг/с tср-120 оС =0,75 ν = 0,3 x 10-6 м2/с n = 100 d x σ =25x25мм среда-бензин |
Решение:
где w – линейная скорость движения, м/с, d - внутренний диаметр трубы dвн = dн - 2σ d = 25 – 2 x 2 = 21 мм = 0,021 м (2) ν - кинематическая вязкость бензина, м2/с
где V – объемный расход жидкости, м3/с V=
α = 0.0008 [6.21] |
Re-? |
,
(1)
;
м/с (3)
;
(4)
(5)
в
системе СИ ρ = 670 кг/м3;
м3/с;
м2;
м/с;
,
следовательно, режимы движения бензина
по трубам – устойчивый турбулентный,
т. к. Re
> 10000.
Примечание: 1. Эквивалентный диаметр может быть рассчитан по следующим формулам:
Для круглого сечения dэкв = dн - 2σ
Для кольцевого сечения dэкв = Dвн - dн.
Пример № 2.
О
пределить
диаметр штуцера для вывода из аппарата.
G
= 0,5 кг/с газа, со скоростью w
= 10 м/с, при средней температуре t=120
оC
и давлении P
= 1,1 МПа, молекулярная масса газа M
= 150
Дано: Решение:
G = 0,5 кг/с 1. Диаметр штуцера определяется из уравнения расхода
t = 120 оС V = wF (9)
P
= 1,1 МПа где
w
= 10 м/с тогда d
=
(10)
M = 150 если задан массовый расход, то
d - ? V= ;
На основании уравнения Клайперона плотность газа рассчитывается по уравнению
где M – молекулярная масса газа:
кг/м3;
V=
м3/с;
d
=
м.
Принимаем стандартный штуцер по ГОСТу
Примечание: Если по условию задачи задана жидкость, то плотность жидкости рассчитывается по уравнениям (5) и (6) см. пример №1.
Пример 3.
Определить потерю давления при протекании жидкости по трубе диаметром dxσ = 50x2 мм, длиной L = 100 м, со скоростью w = 1,5 м/с при температуре t = 80 ºC, (плотность жидкости ρ = 0,8 , вязкость ν = 1x10-6 м²/с), материал трубы сталь новая.
Дано: Решение:
dxσ = 50x2 мм Потеря давления на трение рассчитывается по уравнению L=100м
w=1,5 м/с P= hтрx ρ xq (12)
t = 80oC – 353K
= 0,8
(13)
ν= 1x 10-6 м²/с
материал трубы - где λ – коэффициент трения зависит от критерия
сталь новая Рейнольдса и относительной
шероховатости трубы E
P - ? .
E
= 
; (14)
k – абсолютная шероховатость
Для новых стальных труб k=0,08 [4.157]
Тогда
E = 
= 0,0016
Ex
= 1,6
Re
= 
dнв = 50 – 2x² = 46мм = 0,046м
Re
= 
= 69000 = 6,9 * 
пользуясь графиком 6-14 [4.156] находим λ = 0,039
hтр
= 0,039 x
x
= 9, 72м.ст.ж.
Пересчет плотности ведется по уравнению
a=0,00076 [6.21]
Пример 4.
Насос
перекачивает жидкость, плотностью ρ =
900
из резервуара с давлением ρ1 = 0,1 МПа; в
аппарат с давлением ρ2=3 МПа, высота
подъема жидкости Hr
= 25м, общее сопротивление всасывающей
и нагнетательной линии h
= 50 м. ст. ж. Определить полный напор,
развиваемый насосом.
Дано: ρ = 900 ρ1 = 0,1 МПа ρ2 = 3,0 МПа Hr = 25м h = 50м. ст. ж. |
Решение: Полный напор, развиваемый насосом определяется по уравнению: H
= Hr + H
= 25 +
|
Н - ? |
+ h (15)
Пример 5.
Определить
фактическую производительность
поршневого насоса простого действия
Q,
,
если известно: объемный КПД = 0,6, диаметр
поршня Д=200 мм, длина хода поршня L
= 500 мм, число оборотов в минуту (число
двойных ходов поршня) n
= 60 
.
Дано: η = 0,6 Д = 200 мм = 0,2 м L = 500 мм = 0,5 м n = 60 |
Решение: Фактическая производительность поршневого насоса простого действия определяется по уравнению:
|
Qф - ? |
(16) [4.209]Где F-площадь сечения, м2
Примечание:
Пользуясь формулой (16), можно определить
величину объемного КПД (
)
Пример 6.
Рассчитать
теплоемкость С (кДж/кгК) и теплопроводность
(Вт/мК) бензин при средней температуре
и относительной плотности 
Дано:
|
Решение: Расчет ведем по формула: С=
|
С-?
|
,
(18) [2.22]
Пример 7.
Определить
коэффициент теплоотдачи 
для бензина охлаждаемого в кольцевом
пространстве теплообменника типа «труба
в трубе». Если известно: относительная
плотность бензина
;
средняя температура
,
вязкость 
,
скорость движения w=1
м/с, диаметр наружной трубы D*б=108*34мм,
внутренней d*б=57*2мм.
Дано
tсp=100 C W=1 м/с Д*6=108*4мм D*6=57*2мм
|
Решение: Исходя из критерия Нуссельта
[4.384]
Где Nu – критерий подобия
(Вт/мК) расчет см.пример 6. |
L-? |
=0,75
=0,36*
/с
=Nu*
(19)
коэффициент
теплопроводности бензина
Формула
(18) 
dэкв
– эквивалентный диаметр сечения
Для кольцевого канала
dэкв= Дв - dH = (108-4*2) - 57 = 43мм = 0,043м
Критерий Nu зависит от Re, Pr и от формы сечения
Re
=
= 119444 > 10 000
Для Re > 100 000 при движении по каналам
Nu
= 0,023*
*
[4.389]
Pr
= 
(20)
C = 2342 Дж/кгК (расчет см.пример 6)
Т = 100 + 273 =373 К
Расчет плотности м.формулы (5) (6) пример № 1.
=0,75-0,0008(373-293)=0,636
=
Nu
= 
*
=456
= Nu
=1591
Вт/
К
Пример 8.
Определить тепловую нагрузку Q(кВт), площадь поверхности F(м2) и расход насыщенного водяного пара G(кг/с) с давлением Р=0,12МПа, для нагрева q=20кг/с бензола от температуры t1=20 C до t2=50С если коэффициент теплопередачи К=120Вт/м2К. (Принять схему движение теплоносителей - противоток)
Дано: Решение:
бензол Тепловая нагрузка в данном случае определяется по бензолу
q=20 кг/с
t1=20 C Q=qc(t2-t1), кВт (21)
t2 =50 C где с – теплоемкость бензола определяется по справочнику
K=120Вт/м2К
вод. пар с=0,270х4, 19=1, 13 кДж/кгК [4.822]
Р=0,12МПа
___________ Q=20x1,13(50-20)=678кВт
Q - ? F -?
Поверхность аппарата
F=
;
м2 (21)
tcp
– средний температурный напор
Схема движения теплоносителей – противоток
Насыщенный водяной пар при Р=0,12мПа имеет температуру t=105 C [4.821]
t1=105 C вод.пар t2=105 C
---------------------
t2=50 C бензол t1=20 C
◄--------------------
=
= 1,5<2, следовательно
tcp=
= 
= 70°С (23)
F
= 81 м2
Примечание:
Если, при расчете ∆ tcp,
отношение 
> 2, то tcp
=
;
Более
точный расчет
tcp
см.[1.120-124]
Пример 9.
Определить тепловую нагрузку Q(кВт) холодильники и расход охлаждающей воды q (кг/с) для охлаждения G = 20 кг/c нефтепродукта от t1=180°C до t2=30°C.
Температура
воды, в процессе охлаждения нефтепродукта,
изменяется от t1
=20°C
до t2=45°C.
Плотность нефтепродукта
0,9
Дано: Решение:
G=20 кг/c 1. Тепловая нагрузка холодильника в данном случае определяется по нефтепродукту
t1=180
C
Q=G(
–
),
кВт (25)
t2=80 где – , – энтальпия нефтепродукта определяется в зависимости от температуры и плотности [5.328]
вода
= 180 + 273 = 453K
->
= 378кДж/кг
t1=20
C
= 80+273=353K
->
= 154кДж/кг
t2=45 C Q = 20 (378-154)= 4480 кВт
Q - ? q - ?
2. Расход охлаждающей воды определяется из уравнения
Q = qc (t2 – t1), кВт (26)
Где с – теплоемкость воды, кДж/кгс
С = 4, 19кДж/кгс [8.520]
Q
= 
= 
=42,8
кг/c
Примечание: Энтальпию нефтепродукта можно рассчитать по формуле I=ct (27), где с рассчитывается по уравнению (17) см.пример 6.
Таблица № 2
выбора вариантов домашней контрольной работы № 2
вариант |
номер контрольных заданий |
вариант |
номер контрольных заданий |
01 |
200,233,227,250,268 |
51 |
202,217,244,264,269 |
02 |
201,234,228,251,269 |
52 |
203,218,245,265,270 |
03 |
202,235,229,252,270 |
53 |
204,219,246,266,271 |
04 |
203,236,230,253,271 |
54 |
205,220,247,267,272 |
05 |
204,237,231,254,272 |
55 |
206,221,248,250,273 |
06 |
205,238,232,255,273 |
56 |
207,211,249,251,274 |
07 |
206,239,227,256,274 |
57 |
208,212,227,252,275 |
08 |
207,240,228,257,275 |
58 |
209,213,228,253,276 |
09 |
208,241,229,258,276 |
59 |
210,214,229,254,277 |
10 |
209,220,230,259,277 |
60 |
222,215,230,255,278 |
11 |
210,221,231,260,278 |
61 |
223,216,231,256,279 |
12 |
222,211,232,261,279 |
62 |
224,217,232,257,280 |
13 |
223,212,242,262,280 |
63 |
225,218,242,258,281 |
14 |
224,213,243,263,281 |
64 |
226,219,243,259,282 |
15 |
225,214,244,264,282 |
65 |
200,220,244,260,283 |
16 |
226,215,245,265,283 |
66 |
201,221,245,261,284 |
17 |
200,216,246,266,285 |
67 |
202,211,246,262,285 |
18 |
201,217,247,267,286 |
68 |
203,212,247,263,286 |
19 |
202,218,248,250,287 |
69 |
204,213,248,264,287 |
20 |
203,219,249,251,288 |
70 |
205,214,249,265,288 |
21 |
204,220,242,252,289 |
71 |
206,215,228,266,289 |
22 |
205,221,243,253,290 |
72 |
207,216,229,267,290 |
23 |
206,211,244,254,291 |
73 |
208,217,230,250,291 |
24 |
207,212,245,255,292 |
74 |
209,218,231,251,292 |
25 |
208,213,246,256,293 |
75 |
210,219,232,252,293 |
26 |
209,214,247,257,294 |
76 |
222,220,242,253,294 |
27 |
210,215,248,258,295 |
77 |
223,221,243,254,295 |
28 |
222,216,249,259,296 |
78 |
224,211,244,255,296 |
29 |
223,217,228,260,297 |
79 |
225,212,245,256,297 |
30 |
224,218,245,261,298 |
80 |
226,213,247,257,298 |
31 |
225,219,246,262,299 |
81 |
200,214,248,258,299 |
32 |
226,220,247,263,300 |
82 |
201,215,249,259,300 |
33 |
200,221,248,264,301 |
83 |
202,216,242,260,301 |
34 |
201,211,249,265,302 |
84 |
203,217,243,261,302 |
35 |
202,212,227,266,303 |
85 |
204,218,244,262,303 |
36 |
203,213,228,267,304 |
86 |
205,219,245,263,304 |
37 |
204,214,229,250,305 |
87 |
206,220,246,264,305 |
38 |
205,215,230,251,306 |
88 |
207,221,247,265,306 |
39 |
206,216,231,252,307 |
89 |
208,211,248,266,307 |
40 |
207,217,232,253,308 |
90 |
209,212,249,267,308 |
41 |
208,218,242,254,309 |
91 |
210,233,227,250,309 |
42 |
209,219,243,255,310 |
92 |
222,234,228,251,310 |
43 |
210,220,244,256,311 |
93 |
223,235,229,252,311 |
44 |
222,221,245,257,312 |
94 |
224,236,230,253,312 |
45 |
223,211,246,258,313 |
95 |
225,237,231,254,313 |
46 |
224,212,247,259,314 |
96 |
226,238,232,255,314 |
47 |
225,213,248,260,315 |
97 |
200,219,245,256,315 |
48 |
226,214,249,261,316 |
98 |
201,220,246,257,316 |
49 |
200,215,242,262,317 |
99 |
202,221,247,258,317 |
50 |
201,216,243,263,268 |
100 |
203,211,248,259,268 |