Задача №4

Определить площадь поверхности нагрева газоводяного рекуперативного теплообменника, работающего по противоточной системе. Греющий теплоноситель – дымовые газ с начальной температурой и конечной. Расход воды через тепломобменник, начальная температура воды, конечная. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке трубыи от стенки трубы к воде. Теплообменник выполнен из стальных труб с наружным диаметроми толщиной стенки. Коэффициент теплопроводности стали. Стенку считать чистой с обеих сторон..

Определить также площадь поверхности теплообмена при выполнении теплообменника по прямоточной системе и сохранении остальных параметров неизменными.

Для обеих схем движения теплоносителей (противоточной и прямоточной) показать (без расчета) графики изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена. Указать преимущества противоточной системы.

Решение:

1. Учитывая, что по условиям задачи отношение наружного диаметра к внутреннему меньше двух, расчет можно вести по формулам теплопередачи для плоской стенки в стационарном режиме, т.е.:

,

где – площадь поверхности теплообмена, исходя из среднего диаметра трубы,;

– тепловой поток,;

– коэффициент теплопередачи,;

–средний температурный перепад между теплоносителями (средний температурный напор),

2. Тепловой поток определяется выражением:

,

где – теплоемкость воды.

3. Коэффициент теплопередачи составит:

.

4. Средний температурный напор определится исходя из схемы противоточного движения теплоносителей:

,

где ;

.

.

5. Площадь поверхности теплообмена составит:

.

6. В случае применения прямоточной схемы теплообменного аппарата средний температурный напор составит:

,

где ;

.

.

Площадь поверхности теплообмена в данном случае составит:

.

7. Графики изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена в прямоточном и противоточном теплообменных аппаратах.

При равных условиях при противотоке передается больший тепловой поток, поэтому с данной точки зрения данная схема является более предпочтительной.

8. Коэффициент теплоотдачи характеризует процесс передачи тепла от некоторого теплоносителя (жидкость или газ) к твердой стенке. Определяется параметрами данного теплоносителя (режим течения, скорость, теплофизические характеристики типа – плотность, вязкость, теплопроводность), а также характеристиками той части стенки, которая омывается данным теплоносителем (характерный размер, наличие оребрения и т.п.)

Коэффициент теплопередачи характеризует процесс передачи тепла между двумя теплоносителями через разделяющую их твердую стенку. Определяется коэффициентами теплоотдачи обоих теплоносителей и параметрами теплопередающей стенки (толщина, теплопроводность).

Список литературы

1. Авчухов В.В., Паюсте Б.Я. Задачник по процессам тепломассообмена. Учеб. пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1896. – 144 с. ил.

2. Кудинов В.А., Карташов Э.М. Техническая термодинамика. Учеб. пособие для вузов. М.: Высш. шк., 2000. – 261 с., ил.

3. Панкратов Г.П. Сборник задач по теплотехнике: Учеб. пособие для неэнергетич. спец. Вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк. 1986. – 248 с., ил.

4. Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике. М.: «Машиностроение», 1973. – 344 с.

5. Телегин, А. С. Теплотехника и нагревательные устройства / А.С. Телегин, В. Г. Авдеева.  М.: Машиностроение, 1985.  248 с.

6. Щербинин В.В. Теплотехника: учебно-методическое пособие. / В.В. Щербинин, В.В. Павленко. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2007. 40 с.