Задача № 13.

Определить коэффициент теплоотдачи излучением от по­тока газа к поверхности труб пароперегревателя парового котла, если температура газа на входе t_г1 = 1050°С и на выходе из паро­перегревателя t_г2 = 750°С. Принять среднюю температуру всей по­верхности теплообмена постоянной и равной t_с=450°С и степень черноты поверхности ε_с = 0,8. Трубы расположены в шахматном порядке (рис. 3) с шагами по фронту s₁=2d и глубине s₂=2d; внешний диаметр труб d=36 мм. Газ содержит 11% С0₂ и 3% H₂О. Общее давление газа p=98,0 кПа.

Рис. 3. к задаче 13. стр. 20

Решение:

Средняя длина пути луча в межтрубном пространстве определяется по формуле :

l = 1,08d((s₁s₂ / d²) – 0,785) = 1,08∙0,036(2∙2–0,785) = 0,125м.

Произведения парциального давления углекислого газа и водяных паров на среднюю длину пути луча равны:

Р_СО2 l = 0,11∙ 9,80∙ 10⁴∙ 0,125 = 0,135∙ 10⁴ м ∙Па

Р_Н2О l = 0,03 ∙ 9,80∙ 10⁴∙ 0,125 = 0,0367∙ 10⁴ м ∙Па

Средняя температура газов

t_г = 0,5∙ (t_г1 + t_г2) = 0,5( 1050 + 750) = 900°С.

При средней температуре газов по графикам находим степени черноты СО₂ и Н₂О:

ε _СО2 = 0,045;

ε_Н2О = 0,017.

По графику находим поправку β и вычисляем сте­пень черноты газов при средней температуре газов

ε _г = ε _СО2 + β ε_Н2О = 0,045 + 1,05 ∙ 0,017 = 0,063

Поглощательная способность газов при температуре поверхно­сти труб

А_г = ε _СО2 (Т_г / Т_с)^0,65 + β ε_Н2О = 0,045((900+273)/(450+273))^0,65 + 1,05∙0,032 = 0,0946,

где ε _СО2 и ε_Н2О берутся по тем же графикам при температуре стенки.

Тепловая нагрузка поверхности труб за счет излучения

q_л = 0,5( ε _с +1)С₀[ ε _г(Т_г / 100)⁴ — А_г(Т_с /100)⁴ ]

В данном случае

q_л = 0,5(0,8+1)∙5,67[ 0,063(900+273 / 100)⁴ — 0,0946(450+273 /100)⁴ ] = 4767 Вт/м².

Коэффициент теплоотдачи излучением

α_л = q_л /(t_г— t_с) = 4767/(900— 450)=10,6 Вт/(м²∙ °С).

Ответ: α_л = 10,6 Вт/(м²∙°С).

стр. 21

Задача № 14.

Определить поверхность нагрева и число секций водоводяного теплообменника типа «труба в трубе» (рис. 4). Грею­щая вода движется по внутренней стальной трубе [λ_с = 40 Вт/(м∙°С)] диаметром d₂/d₁ = 34/31 мм и имеет температуру на входе t'_ж1 = 90°С. Расход греющей воды G₁ = 2120 кг/ч.

Нагреваемая вода движется противотоком по кольцевому каналу между трубами и нагревается от t'_ж2 = 13°С до t''_ж2 = 45°С. Внут­ренний диаметр внешней трубы D=46 мм. Расход нагреваемой воды G₂ = 3100 кг/ч. Длина одной секции тепло-обменника l = 1,5 м.

Потерями тепла через внешнюю поверхность теплообменника пренебречь.