Учебное пособие 800622

Полное поперечное сечение на стороне воздуха

(рис. 1.47)

( AФ )возд 2,3 0,9 2, 07 м2,

на стороне газа

( AФ )газ 2,31,8 4,14 м2.

Полный объем теплообменника

V 2,3 1,8 0,9 3,73 м3.

Зададимся толщиной разграничивающих пластин a=0,3мм; предположим, что пластины выполнены из нержавеющей стали типа 1Х18Н9Т, теплопроводность которой при 300 º С составляет 16,5ккал/м∙ч∙град [3-8].

2. Величины поверхности теплоотдачи и проходные сечения

Удельная величина поверхности теплоотдачи, отнесенная к единице полного объема теплообменника, определяется уравнениями (1.4) и (1.5), на основании которых

0, 00635 0, 00635 2 0, 0003

на стороне газа

41

Полная поверхность теплоотдачи:

Aвозд возд V 400 3, 73 1490 м2;

Aгаз газ V 572 3, 73 2140 м2.

Относительное свободное сечение каналов на стороне каждого из теплоносителей определяется по уравнению (1.2):

AC / AФ rГ .

Соответственно

Свободное сечение AC АФ ;

3. Физические свойства теплоносителей

Физические свойства теплоносителей должны определяться при средней их температуре; однако по условиям задачи известны только значения температуры на входе обоих по-

42

токов. Поэтому необходимо задаться эффективностью теплообменника ε, что позволит установить значения температуры на выходе и средние значения температуры для каждого из теплоносителей, при которой будут определяться присущие им физические свойства. Впоследствии необходимо убедиться в том, что выбранное значение ε достаточно близко к определенному расчетом.

Следует заметить, что можно не добиваться точного совпадения выбранного и рассчитанного значений ε, так как свойства теплоносителей изменяются с температурой не особенно сильно, и достигаемая точность расчета вполне приемлема в большинстве практически важных случаев.

Зададимся (с последующей проверкой) значением ε=0,75, т. е. 75 %. Тогда по уравнению (1.12, ч.1) можно установить значения температуры на выходе теплоносителей:

tх.вых (tвозд )вых 366С , или 639 К.

tг.вых (tгаз )вых 239С , или 512 К.

Средние значения температуры определяем как среднеарифметические; тогда

(tвозд )ср 12 (175 366) 270,5 С , или 543,5 К;

(tгаз )ср 12 (430 239) 334,5 С , или 607,5 К.

По таблице свойств сухого воздуха [3-9] находим:

43

Очевидно, необходимо учесть влияние водяных паров, содержащихся в воздухе, а также продуктов сгорания в газе низкого давления, которые заметно влияют на значение удельной теплоемкости и плотности.

Рис. 1.48. Влияние влагосодержания на удельную теплоемкость и плотность воздуха [4]

44

С этой целью можно воспользоваться графиками, приведенными на рис. 1.48—1.50, которые заимствованы нами из [1-3]. График на рис. 1.18 позволяет определить значения поправочных коэффициентов хсw и xdw, учитывающих влияние влагосодержания на удельную теплоемкость и плотность воздуха: верхняя прямая служит для определения значений xcw, которые всегда больше 1, а нижняя — для определения xdw, которые всегда меньше 1.

График на рис. 1.49 позволяет определить поправочный коэффициент xcf, учитывающий влияние продуктов сгорания на теплоемкость сухого воздуха; график построен для двух типов нефтяного топлива: тяжелого (солярового масла и т. п.) с Н/С=0,15 и легкого (керосин, газолин) с Н/С = 0,18. Значение xcf определяется в зависимости от весового соотношения топлива и воздуха f.

Рис. 1.49. Влияние продуктов сгорания на теплоемкость сухого воздуха [4]

45

Наконец, на рис. 1.50 приведен график для определения величины поправочного коэффициента хdf, учитывающего влияние продуктов сгорания на плотность.

Пользование всеми графиками рис. 1.48—1.50 однотипно: по влагосодержанию или f находится соответствующий поправочный коэффициент, на который умножается теплоемкость или плотность сухого воздуха, определенная при дан-

Тогда корректированные значения удельной теплоемкости составят:

(cp )возд xcwcp 1, 013 0, 248 0, 251 ккал/кг∙град,

(cp )газ xcw xcf cp 1, 013 1, 019 0, 252 0, 260 ккал/кг∙град.

Предположительно зададимся величиной потери напора, приняв ее равной 2 % располагаемого напора для каждого из теплоносителей. Тогда давление на выходе из теплообменни-

ка составит для воздуха ( p2 )возд 0,98, ( p1)возд 0,98 9, 2 9

ата, а для газа ( p2 )газ 0,98, ( p1)возд 0,981, 05 1, 03 ата.

Удельные объемы теплоносителей на входе в теплообменник и выходе из него можно с приемлемой точностью определить на основании уравнения состояния идеального газа, учитывая влияние на плотность водяных паров и продуктов сгорания (поправочные коэффициенты xdw 0,992 и

xdf 1, 001 , см. выше).

В о з д у х . На входе

46

29, 27 448 / 0,992 104 0,144м3 / кг,

где MR 29, 27 кг∙м/кгºС – газовая постоянная для возду-

ха.

Рис. 1.50. Влияние продуктов сгорания на плотность воздуха [4]

На выходе

Среднее значение удельного объема

47

(vвозд )ср 12 (0,144 0, 210) 0,177 м3/кг.

Газ. На входе

29, 27 703 / 0, 992 1, 001 1, 05 104 1, 975м3 / кг.

На выходе

Среднее значение удельного объема

(vгаз )ср 12 (1,975 1, 47) 1, 723 м3/кг.

4. Значения критерия Рейнольдса

В выражении Re 4rГ G / фигурирует вязкость, выраженная в кг/ч∙м.

Как известно 1 кг∙сек/м2 = 3,53∙104кг/ч∙м.

Сторона воздуха. Весовая скорость воздуха в минимальном свободном сечении

48

5. Значения критерия Стантона и коэффициента сопротивления ζ

Сторона воздуха . По графику рис. 1.22 для поверхно-

сти типа 9,5-23,8 при Re 4250 St Pr2/3 0, 0072 и 0, 0375

.

St 0, 0072 0, 770 0,00935.

Сторона газа. По графику рис. 1.17 для поверхности типа 43,6 при Re 1390 St Pr2/3 0, 0045 и 0, 0155

St 0, 0045 0,770 0, 00585.

6. Значения коэффициента теплоотдачи

От поверхности к воздуху

49