Примеры решения задач
1.1. Определить среднюю температуру стенки в паровом подогревателе, в котором водяным паром (рабс = 0,4 МПа) подогревается: а) воздух при атмосферном давлении; б) вода. Средняя температура, как воздуха, так и воды - t4, ºС. Толщина стенки стальных труб δст = 4 мм. Коэффициенты теплоотдачи α1 и α2, Вт/(м2·К) для пара, воздуха и воды, заданы приближенно по средним данным таблица П1.11 (прил. 1) (турбулентное течение в трубах). Учесть наличие ржавчины на обеих сторонах стенки. Обозначения температур представлено на рисунке 1.1
|
|
Рис. 1.1 Схематический разрез стенки парового подогревателя |
Пример решения
Исходные данные: рабс = 0,4 МПа, t4 = 30 ºС, δст = 4 мм, для пара α1 =13300 Вт/(м2·К), для воздуха α2 = 46,4 Вт/(м2·К), для воды α2 = 3420 Вт/(м2·К). Тепловая проводимость одного слоя ржавчины: 1/rрж = 2320 Вт/(м2·К).
Решение: Температуры поверхностей стенки t2 и t3 найдем из соотношения:
q = α1 (t1 – t2) = α2 (t3 – t4) (1.1)
Температура конденсации водяного пара t1 при рабс = 0,4 МПа находим по данным таблицы П1.12 (приложение 1) t1 = 143,6 ºС.
а) Паром нагревается воздух.
Коэффициент теплопередачи:
.
(1.2)
При рассмотрении данного примера принимаем значение коэффициента теплопроводности стали таблица П1.13 (приложение 1) λст=46,5 Вт/(м·К).
Вт/(м2·К)
Удельный тепловой поток:
q = K (t1 – t4) (1.3)
q = 44,3 (143,6 – 30) = 5032 Вт/м2.
Температура t2:
t2 = t1 – q/α1 = 143,6 – 5032/13300 = 143,2 ºC.
Температура t3:
t3 = t4 + q/α2 = 30 + 5032/46,4 = 138,4 ºC.
Средняя температура стенки:
tср = (t2 + t3) / 2 = (143,2 + 138,4) /2 = 140,8 ºC.
б) Паром нагревается вода.
По формуле (1.2) найдем коэффициент теплопередачи:
Вт/(м2·К).
Удельная тепловая нагрузка (1.3):
q = 761 (143,6 – 30) = 86500 Вт/м2.
Температура t2:
t2 = t1 – q/α1 = 143,6 – 86500/13300 = 137,1 ºC.
Температура t3:
t3 = t4 + q/α2 = 30 + 86500/3420 = 55,3 ºC
Средняя температура стенки:
tср = (t2 + t3) / 2 = (137,1+ 55,3) /2 ≈ 96 ºC.
Ответ: а) в паровом подогревателе, в котором при атмосферном давлении водяным паром подогревается воздух средняя температура стенки tср = 142 ºC; б) в паровом подогревателе, в котором водяным паром подогревается вода средняя температура стенки tср ≈ 96 ºC.
1.2. Определить среднюю разность температур в многоходовом теплообменнике, имеющим один ход в межтрубном пространстве и два хода в трубном (рис. 1.2):
|
Рис. 1.2 Схема движения теплоносителей в многоходовом теплообменнике |
Начальная температура горячего теплоносителя T1,ºС Конечная температура горячего теплоносителя T2,ºС Начальная температура холодного теплоносителя t1,ºС Конечная температура холодного теплоносителя t2,ºС.
|
