Федеральное агентство по образованию ФГОУ ВПО

“Сибирский Федеральный университет”

Саяно- Шушенский филиал

Расчетно-графическое задание по общей энергетике.

«Расчет газовоздушного теплообменника».

Вариант 09.

Выполнила студентка гр.07-2:

Клагиш Диана

Проверил преподаватель:

Матвиевский А.М.

Саяногорск - 2009г

ЗАДАЧА. Определить поверхность нагрева рекуперативного газовоздушного теплообменника при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей, если массовый расход нагреваемого воздуха m₂, средний коэффициент теплопередачи от газов к воздуху К, начальные и конечные температуры газов и воздуха соответственно: ₁ и ₁, ₂ и ₂. Исходные данные принять по табл.1.

Изобразить графики изменения температур теплоносителей для обоих случаев.

Таблица 1

Исходные данные к задаче

Последняя цифра шифра

m₂,

кг/с

К,

Вт/м²·К

Предпоследняя цифра шифра

₁,

ºC

_1,

ºC

_2,

ºC

_2,

ºC

0

20

15

0

600

400

10

250

1

30

20

1

625

425

15

275

2

40

25

2

650

450

20

300

3

50

30

3

675

475

25

325

4

60

35

4

700

500

10

350

5

70

40

5

725

525

15

375

6

80

45

6

750

550

20

400

7

90

50

7

775

575

25

425

8

100

55

8

800

600

10

450

9

110

60

9

825

625

15

475

РЕШЕНИЕ (вариант 09).

Графики изменения температур теплоносителей приведены на рис.1 и 2.

Тепловой поток, воспринятый нагреваемым воздухом:

_{Q=m2*Cpm(t2’’ – t2’)=20*1.036*(475-15)=9531.2 кВт}

где средняя, массовая, изобарная теплоемкость воздуха

.

Здесь средние теплоемкости взяты из табл. 1 для воздуха.

Большая и меньшая разности температур между теплоносителями для прямотока:

;

;

, поэтому средняя разность температур между теплоносителями определяется как среднелогарифмическая:

.

Необходимая поверхность нагрева прямоточного теплообменника:

F_прям=Q/(K*∆t_ср.лог)=9531,2/(15*391,4)=9531,2/5871=1,62 м².

То же самое для противотока:

;

;

;

то-есть среднюю разность температур между теплоносителями с достаточной точностью можно посчитать, как средне-арифметическую:

.

Необходимая поверхность нагрева противоточного теплообменника:

.

F_прям=Q/(K*∆t_ср.лог)=9531,2/(15*480)=9531,2/7200=1,32 м².

Среднюю разность температур называют “движущей силой” теплопередачи, при противотоке она больше (, ), поэтому при одинаковых условиях противоточный теплообменник компактнее (F_прот = 1,32 м² )<(F_прям = 1,62 м² ), требует для своего изготовления меньших затрат материалов (конструктивный расчет).

Если же имеется готовый теплообменник, то при одинаковых условиях получится Q_прот>Q_прям (поверочный расчет) – из-за более высокой “движущей силы” при противотоке. Кроме того, как видно из рис.2, при противотоке можно нагреть холодный теплоноситель до температуры ₂>, что невозможно в принципе при прямотоке (см. рис. 1).

Таблица 1

Физические свойства воздуха при нормальном давлении

t,

ºC

С_рm,

кДж/кг·К

λ,

Вт/м·К

ν·10⁶,

м²/с

0

1,003

0,0244

13,28

20

1,003

0,0259

15,06

40

1,003

0,0276

16,96

60

1,004

0,0290

18,97

80

1,004

0,0305

21,09

100

1,005

0,0321

23,13

120

1,006

0,0334

25,45

140

1,007

0,0349

27,80

160

1,008

0,0364

30,09

180

1,009

0,0378

32,49

200

1,010

0,0393

34,85

250

1,014

0,0427

40,61

300

1,018

0,0460

48,33

350

1,022

0,0491

55,46

400

1,027

0,0521

63,09

500

1,038

0,0574

79,38

600

1,049

0,0622

96,89

700

1,060

0,0671

115,4

800

1,069

0,0718

134,8

900

1,080

0,0763

155,1

1000

1,090

0,0807

177,1

1100

1,099

0,0850

199,3

1200

1,107

0,0915

233,7

Рис. 1. Прямоток.

Рис. 2. Противоток.