Розділ теплообмінні апарати. [5] Завдання

Ім'я файлу: Теплотехника 3.docx
Розширення: docx
Розмір: 48кб.
Дата: 21.04.2020
скачати
Пов'язані файли:
Механика.docx

Розділ 3. теплообмінні апарати. [5]
Завдання. Визначити необхідну площу поверхні теплообміну у рекуперативному (пластичному, трубчастому) теплообмінному апараті, в якому гарячими газами нагрівається вода. Витрата гарячих газів через апарат m_г, кг/с, температура, з якою вони надходять до апарату t₁, ^оС. Вода подається в теплообмінник з температурою t₂, ^оC, а залишає його з температурою t₂,^оС. Кількість води, яка проходить через ТА, становить m_B, кг/с. Коефіцієнт тепловіддачі від гарячих газів до зовнішньої поверхні теплообмінника становить α₁, Вт/м²^оС, а від внутрішньої поверхні теплообмінника до води α₂, Вт/м₂^оС.

Розрахунок провести для прямотечійної та протитечійної схем теплообмінника. Показати (на міліметрівці в масштабі) графіки зміни температур теплоносіїв для обох схем їх руху по тракту теплообмінного апарату.
Таблиця 3.1 Варіанти завдання.

№ п/п	Витрата гарячих газів, m_г, кг/с		Темпе-ратура гарячих газів на вході t₁,^оС		Кількість води, що проходить через апарат m_B , кг/с		Температура води на вході t₂,^оС		Темпе- ратура води на виході t₂,^оС		Коефіцієнт тепловіддачі від гарячих газів до зовн. поверхні α₁		Коефіцієнт тепловіддачі від внутр. поверхні до води α₂		Тип апарату
1	2		3		4		5		6		7		8		9
		2,8		415	0,85	25		120		240		2200		ТР 95-110
		3,2		425	1,5	30		120		290		2400		ПЛ-4,5
		3,5		375	0,8	20		110		275		2650		ТР 125-140
		3,0		350	1,8	10		90		140		2200		ПЛ-4,0
		3,1		325	0,85	15		90		240		2500		ТР 105-120
		3,5		400	1,5	15		140		265		2300		ПЛ-3,5
		2,7		350	0,8	25		110		275		2800		ТР 85-100
		3,5		375	1,4	20		110		230		2400		ПЛ-4,0
		2,7		425	0,8	25		120		245		2300		ТР 135-150
		2,5		325	1,4	15		95		125		2100		ПЛ-3,5

3.1.Деякі відомості про теплообмінні апарати.

Теплообмінний апарат (ТА)– це технічний пристрій, призначений для передачі теплоти від одного теплоносія до іншого (від нагріваючої рідини до тієї, що нагрівається, від охолоджуваної рідини до тієї, що охолоджує).

В якості теплоносіїв в ТА, звичайно, використовують гарячу воду, холодну воду, гарячі гази, водяний пар, повітря, масла, сольові розчини та інше. В залежності від способу передачі теплоти ТА поділяють на 2 групи:

1) контактні (змішувальні);

2) поверхневі (регенеративні та рекуперативні).

У контактних ТА теплообмін відбувається за рахунок безпосереднього стикання (і змішення) гарячого і холодного теплоносіїв (струменеві ТА, елеватори, градирні).

У регенеративних ТА теплота гарячого теплоносія спочатку акумулюється в спеціальних камерах-насадках, а потім поглинається (забирається) холодним теплоносієм, який проходить через камеру. (Це апарати періодичної дії ).

У найбільш поширених рекуперативних ТА теплообмін між теплоносіями відбувається через постійно їх розділяючу тверду стінку.

В залежно від напряму руху теплоносіїв розрізняють 3 схеми ТА:

1. прямотечія ;

2. протитечія ;

3. перехресна течія

Тепловий розрахунок ТА базується на двох рівняннях:

1. Рівнянні теплового балансу в ТА:

, (3.1)

де m – масова витрата теплоносія,

;

с – питома теплоємність носія,

;

t – температура теплоносіїв, °С.

Індекси: 1– перший теплоносій, 2 – другий теплоносій, ^/– вхід в ТА, ^// – вихід з ТА.

В деяких випадках в цьому рівнянні добуток

називають умовним тепловим (водяним) еквівалентом теплоносія.

2. Рівняння теплопередачі в ТА:

, (3.2)

де k – коефіцієнт теплопередачі в ТА,

,

F– площа поверхні теплообміну в ТА;

Δt_cp– середній логарифмічний температурний перепад між теплоносіями в ТА, °C.

Для схеми «прямотечія»:

. (3.3)

Для схеми «протитечія»:

. (3.4)

Для схеми перехресна течія за основу беруться розрахунки по схемі «протитечія», які потім коректуються коефіцієнтом ε ≤ 1.

При проектному розрахунку ТА кінцевою метою є визначення площі поверхні теплообміну в ТА. При відомих Q, Δt_ср, k вона визначається як:

. (3.5)

Ефективність роботи ТА зазвичай оцінюється умовним ККД: що укладається в діапазон значень 0,6…0,7:

. (3.6)

Вихідні дані:

m_B = 1,4 кг/с − кількість води, яка проходить через ТА;

m_Г = 2,5 кг/с − витрата гарячих газів через апарат;

t₁₌325 ^оС − температура гарячих газів на вході;

t₂ =15 ⁰C − температура води на вході;

t₂ =95 ^оC − температура води на виході;

α₁= 125 Вт/м²∙^оС − коефіцієнт тепловіддачі від гарячих газів до зовнішньої поверхні теплообмінника;

α₂= 2100 Вт/м²∙⁰С − коефіцієнт тепловіддачі від внутрішньої поверхні теплообмінника до води;

Тип теплообмінного апарату ПЛ 4,0.

Рішення.

1. Кількість теплоти, яка передається від гарячих газів до води:

Q=m_Всв_m (t₂–t₂) , кВт.

де св_m= 4,19

– питома масова теплоємність води:

2. Температура газів на виході з апарату:

t₁ = t₁– = 325 – .

де с_Рm= 1,07

– питома масова ізобарна теплоємність газів, середня у даному інтервалі температур.

3. Коефіцієнт теплопередачі від гарячих газів до води:

а) в пластинчатому ТА

,

де S, м – товщина пластин, виготовлених з листової сталі,

λ = 48 Вт/м²∙^оС – коефіцієнт теплопровідності сталі.

4. Середньо – логарифмічний температурний перепад між теплоносіями в апараті.

а) виконаному прямотечійною схемою:

, ^оС

де Δt_δ = t₁–t₂, ^оС; Δt_δ = 325 −15=310 ^оС;

Δt_м=t₁–t₂ ,^оС; Δt_м=149,58 –95 =54,58 ^оС;

_{б) виконаному за}протитечійною схемою:

,

^оС,

де Δt_δ =t₁–t₂, ^оС Δt_δ =400 –120 = 280 ^оС;

Δt_м = t₁ – t_{2 ,}^оС Δt_м = 216,4 – 30 = 186,4 ^оС.

5. Поверхня теплообміну в апараті:

1. Пластинчастому:

а) при прямотечійній схемі:

; ;

б) при протитечійній схемі:

; .

6. Графіки зміни температур теплоносіїв по тракту апарату.

Для більш якісної побудови графіків t=φ(F) знаходимо додаткові точки,

Таблиця 3.1 Значення додаткових точок.

Схема руху теплоносіїв	F_{Х ЗАД,} м²	Змінні		Q, кДж/с	Δt_б, ^оС	Δt_м, ^оС	Δt_ср, ^оС	F_{X РОЗ,} м²	Похибка, %
Схема руху теплоносіїв	F_{Х ЗАД,} м²	t_1X	t_2X	Q, кДж/с	Δt_б, ^оС	Δt_м, ^оС	Δt_ср, ^оС	F_{X РОЗ,} м²	Похибка, %
	5,5	320	75	263,3	370	237	290	5,88	5,5
	10	265	60	352,4	280	205	242	9,52	5,0

7. Умовний ККД ТА:

де Q₂=Q – теплота, яка передана воді.
скачати

© Усі права захищені
написати до нас