Задание №3.
В калорифере воздух
нагревается водой. Температура воздуха
на входе
,
на выходе
,
температура воды на входе в калорифер
,
на выходе из калорифера
.
Расхода воздуха
.
Скорость воздуха 10 м/с. Трубки из алюминия
(
)
расположены в шахматном порядке.
Определить количество трубок диаметром
и длиной l
при прямоточной
и противоточной схемах движения
теплоносителей. Лучистым
теплообменом пренебречь.
Таблица исходных данных к заданию №3
Вариант |
Расход воздуха, , кг/с |
Температура воздуха, ˚С |
Температура воды. ˚С |
Диаметры трубок (мм)
|
Длина трубок |
||
|
|
|
|
||||
4 |
2,2 |
-12 |
20 |
75 |
28 |
20/18 |
1.0 |
Решение:
Исходные данные:
,
1. Задаёмся
количеством труб в первом приближении
(10 рядов по 10 труб) при длине
.
Определяем соответствующую поверхность
теплопередачи:
.
2. Определим расход воды из теплового баланса:
,
,
где
при
,
где
при
.
Таким образом,
.
3.Рассмотрим процесс теплопередачи в калорифере при прямоточном движении теплоносителей:
,
где коэффициент теплопередачи равен:
.
Вычислим коэффициент теплоотдачи воздуха для пучка труб:
;
;
,
где
при
;
где
,
для воздуха
;
,
т.к.
,
где
и
‒поперечный
и продольный шаги в пучке труб.
Следовательно:
Вычислим коэффициент теплоотдачи воды:
Рассчитаем скорость движения воды внутри одной трубы:
,
где
,
при
.
;
,
где
при
при горизонтальном расположении труб:
где
,
Таким образом,
.
Коэффициент теплопередачи
.
Определим температурный напор для прямоточной схемы движения:
.
Число труб во
втором приближении:
.
Проводим расчет
по следующей схеме:
.
Число труб в третьем
приближении:
,
Аналогично
рассчитываем
;
,
;
,
;
, 
;
,
;
,
.
Так как
,
то для прямоточной схемы теплоносителя
необходимо
труб.
4. Рассмотрим противоточную схему движения теплоносителей:
Число труб во
втором приближении:
Проводим
расчет
по следующей схеме:
.
Число труб в третьем
приближении:
,
Аналогично
рассчитываем
;
,
;
,
;
, 
;
,
;
,
;
,
;
,
Так как
,
то для противоточной схемы теплоносителя
необходимо
труб.