Практическое занятие 5 Расчет теплообменных аппаратов

Рекомендуемая литература

1. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. – М.: Высшая школа, 1980. – с.424-435.

2. Сборник задач по технической термодинамике и теплопередаче/ Е.В. Дрыжаков, С.И. Исаев, Н.К. Корнейчук и др./ Под ред. Б.Н. Юдаева. – М.: Высшая школа, 1968. – с. 290-296.

3. Теплотехника/ М.М. Хазен, Г.А. Матвеев, М.Е. Грицевский, Ф.П.Казакевич/ Под ред. Г.А. Матвеева. – М.: Высшая школа, 1981. – с. 219-228.

4. Юдаев Б.Н. Техническая термодинамика. Теплопередача. - М.: Высшая школа, 1988. – с.428-433.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1. Что называется теплообменным аппаратом?

2. На какие группы делятся теплообменные аппараты?

3. По каким схемам осуществляется движение жидкостей?

4. Напишите основные уравнения теплопередачи и теплового баланса.

5. Изобразите графики изменения температур рабочих жидкостей в аппаратах с прямотоком и противотоком.

6. Напишите уравнения среднелогарифмического температурного напора для аппаратов с прямотоком и противотоком?

Примеры решения задач

Задача 5.1. Определить площадь поверхности теплообмена рекуперативного водовоздушного теплообменника при прямоточной схеме движения теплоносителей, если массовый расход воздуха при нормальных условиях = 20 кг/с, средний коэффициент теплопередачи от воздуха к воде 25 Вт/(м²·К), начальные и конечные температуры воздуха и воды равны соответственно =450°С,=200°С,= 20°С,= 100°С.

Определить также расход воды через теплообменник. Изобразить график изменения температур теплоносителей.

Массовые изобарные теплоемкости теплоносителей принять:

кДж/(кг·К); кДж/(кг·К).

Решение. Тепловой поток к воздуху:

кВт.

Расход воды в теплообменнике:

кг/с.

Площадь поверхности теплообмена:

,(17)

где - среднелогарифмический температурный напор, определяемый по формуле:

. (18)

При прямотоке:

-= 450 – 20 = 430°С;-= 200 – 100 = 100 °С.

Тогда:

°С.

894 м².

Ответ: кг/с; 894 м².

_{Задача 5.2. Теплообменный аппарат, состоящий из овальных оребренных трубок, сечением 13,5х2,4 мм, должен рассеивать 35 кДж теплоты в секунду. Определить количество водяных трубок при их длине = 0,45 м, если коэффициент оребрения = 2,18. Материал стенки – медь ( 390 Вт/(м·К), коэффициенты теплоотдачи: от воды к стенке 2500 Вт/(м}²_{·К); от стенки к воздуху Вт/(м}²_{·К). Толщина стенки = 3·10}^-4 _{м.; средняя температура воды 87,5} ^о_{С, средняя температура воздуха 37,5} ^о_С.

_{Решение. Определяем коэффициент теплопередачи для ребристой поверхности:}

_Вт/(м²_·К).

_{Площадь ребристой поверхности:}

_м²

Площадь общей поверхности водяных трубок:

м².

Площадь поверхности одной трубки:

= 0,0143 м².

Количество трубок:

.

Располагая трубки в решетке радиатора в три ряда, принимаем = 141 шт, чтобы расположить по 47 штук в одном ряду.

Располагая трубки в решетке теплообменного аппарата в три ряда, принимаем

Ответ: = 141 шт.

задачи для самостоятельного решения

Задача 5.5. Определить площадь поверхности нагрева рекуперативного водовоздушного теплообменника при прямоточной схеме движения теплоносителей, если объемный расход воздуха при нормальных условиях V_Н = 5,0·10⁴ м³/ч, средний коэффициент теплопередачи от воздуха к воде 21 Вт/(м²·К), начальные и конечные температуры воздуха и воды равны соответственно =500°С,=250°С,= 10°С,= 90°С.

Определить также расход воды через теплообменник. Изобразить графики изменения температур теплоносителей для обеих схем при различных соотношениях их условных эквивалентов.

Массовые изобарные теплоемкости теплоносителей принять:

кДж/(кг·К); кДж/(кг·К).

Ответ: 732 м²; 13,2 кг/с.

Задача 5.3. Решить предыдущую задачу при условии, что схема движения теплоносителей в теплообменном аппарате – противоточная.

Ответ: 681 м²; 13,2 кг/с.