1 1 ТуСру 4190

Физические свойства теплоносителя — воды при средней темпе­ратуре, равной „

,_{1 =} <1±^!ШЗ-¹ 2. 2

следующие: плотность р! = 972 кг/м³; кинематическая вязкость \_г = 0,365 • 10~⁶ мЧсек; коэффициент теплопроводности Я = = -0,674 вт/(м '• град); коэффициент температуропроводности а_г. •= ■■ = 1,66 • Ю^-7 мУсек; критерий Прандтля Рг_х = 2,2.

Физические свойства нагреваемой воды при средней температуре, равной

_г '»+<!_ ¹⁷+ 47 ^₃.о°С 2 2

следующие: плотность р₂ = 995 кг/м³; кинематическая вяз­кость у₂ = 0,776 • 10^_6 мЧсек; коэффициент теплопроводности Я = 0,62 вт/(м • град); коэффициент температуропроводности о = = 1,495 • Ю^-7 мУсек; критерий Прандтля Рг₂ == 5,2. * Скорости движения равны: греющей воды

^! = ^- = ! =0,96 м/сек;

_Р1ш11 , 972.3,14.0,037» ' ;

нагреваемой воды

^4та 4-1,14 1 ло /

Щ = ——— = ■ = 1,03 м сек.

Рг^ф² —й\) 995-3,14 (0,054² - 0,04²)

. Число Рейнольдса для греющей воды.составляет

_Яе^^- = (Т,96.0,037.10» _т v! 0,365

Коэффициент теплоотдачи определяем из уравнения (27-8):

№ = 0,021 Ие?'⁸ Рг⁰-⁴³ (Рг_Ж1/Рг_ст)⁰-²⁵ е, 11й > 50, поэтому ц = 1.

Температуру стенки принимаем равной

г_ст1 = 0,5 Ц_г + t₂) = 0,5 (80 + 32) = 56° С.

При этой температуре по табл. XI приложения Рг_ст1 = 3,2, тогда

N11 = 0,021 • 97300°.⁸ • 2,2°.⁴³ (2,2/3,2)⁰-²⁵ = 262,

а коэффициент теплоотдачи а_ь от греющей воды к стенке трубы равен

«г = Ыи, ^- = ?⁶²'⁰'⁶⁷⁴ = 4770 вт/{м*• град).

<*! 0,037 .

З J^Lk^ 1.03.0,014.10^ ₁₈₆₀₀₎

Число Рейнольдса для нагреваемой воды v₂d_öH 1,03.0,0Ь v_a ~ 0,776

где й_як = £) — й₂ — 54 — 40 = 14 мм.

Принимаем, что г_ст2 — г_Ст1> поэтому Рг_ст2 = 3,2, тогда

Ыи = 0,021 Яе^РгО.⁴³ (Р_ГЖ/Рг_ст)<>.25 ₌ 0,021 • 18600°-«х Х5.2⁰-⁴³ (5.2ВД⁰-²⁵ = 121,

откуда коэффициент теплоотдачи а₂ от стенки трубы к нагреваемой воде равен

о, = Nu₂-^_ = ¹²¹'°'⁶² = 53.60 вт/(м^г-град).

<*эи 0,014

Коэффициент теплопередачи для аппарата .

V ^{1 1}

11. А , 1 1 2.3 | 40 1

' сМы, 2Я " d_x аАар 4770-0,0372-50 ^g 37 "4360-0,04

= 86,3 вт/(м²-град).

Средняя логарифмическая разность температур составляет

(П-Ц)-М-Г,)-_._ (97-47)-(63-17) __{ло л0}

^Л/с_Р —JTZP „ '97-47 ~⁴⁰'⁴'

2.3 lg^ ^ÜZT? -

Плотность теплового потока на 1 м трубы равна

9! = /сА/_ср = 86,3 • 48,4 = 4170 вт!м.

Длина трубы теплообменника

, <? 140000 по с -

/ = — = = 33,6 м,

<?! 4170

а поверхность нагрева

/=• =.я^,/ = 3,14 • 0,037 • 33,6 = 3,9 м².

Если применить в аппарате движение жидкостей по прямотоку, то средняя логарифмическая разность температур равна

^{*ор- (97-17)-(!!^7) -39,7°;}

плотность теплового потока

^ = 86,3 - 39,7 = 3440 «и/л;

длина трубы теплообменника

. 140 ООО _лп _

/ = = 40,7 м,

3440

а поверхность нагрева при прямотоке

/=• = 3,14 • 0,037 • 40,7 = 4,73 м\

т. е. поверхность нагрева в аппарате с прямотоком по сравнению с противотоком увеличивается на 21%.

Пример 30-2. В теплообменном аппарате требуется охлаждать за 1 ч 0,25 м³ горячего теплоносителя с плотностью 1100 кг/м³ и тепло­емкостью 3046 дж! (кг • град). Начальная температура жидкости равна 120° С. Для охлаждения применяется 1 м³ воды в час при тем­пературе 10° С. Для данного аппарата известны значения коэффициен­та теплопередачи к — 35 вт!(м² ■ град) и поверхность аппарата Р = 8 м². Определить конечные температуры общих жидкостей и рас­ход теплоты при прямотоке.

Определяем численное значение условных эквивалентов:

ху/ т/ 0,25-1100-3046 ₀₀₀ , -з

"7, = V, 01 с_о1 = — = 233 вт град;

1 'и р' . ₃₆₀₀ .' у

IV/ т/ 1,0-1,0.4190 . . ,

Г_а = У, р₂ с_р2 = — = 1165 вт/град, ^

иуГ_а = 233/1165 = 1/5; кР1Щ = (35- 8)/233 = 1,2. Из табл. 30-1 находим:

ф_ирям (1/5; 1,2) =0,62.

Температура горячего теплоносителя на выходе из аппарата при '1 — *1 = (120—10). 0,62 = 68° С равна.

([ = 120—68 = 52° С.

Расход теплоты составит

СЬ^^Жг (/,' — /;') = 233 (120—52) = 15 850 вт.

Конечная температура холодного теплоносителя при

('₂ — Г₂ = СЦ№₂= 15 850/1165 = 13,6° С

равна

= ю + 13,6 = 23,6° с.

Пример 30-3. Если рассчитать теплообменный аппарат примера 30-2 при противотоке, сохраняя условия теплопередачи без изменения, то получаем следующее:

ИГл = 233 вт/град; Г₂ = 1165 вт/град;

ИУГ₂ = 0,2; = 1,2.

Жо табл. 30-2 находим значение функции ф_пРот: ф_прот (0,2; 1,2) = 0,65.

Температура горячего теплоносителя на выходе из аппарата при /; _ _г; = (120—10) 0,65 = 73° С

равна

{[ = 120—73 = 47° С.

Расход теплоты

съ^ж, (/; — /;') = 233 (120—47) = 17000 вт. • ■■■■

Конечная температура холодного теплоносителя при

<?=г₂(/;-0; /;-/;=д/г₂=-^-=15°с ,.' .

равна

1\ = 10 + Л5 = 25° С. *

Применение в теплообменном аппарате противотока позволяет при одинаковых условиях с прямотоком передать количество теплоты на 7,5% больше.