М. С. Курбангалеев, А. А. Мухамадиев, И. Х. Хайруллин
 Скачать 401.42 Kb.
|
|
и δ Температуры внешних поверхностей си св обоих случаях одинаковы. Данные для решения задачи взять из табл. 1. Таблица 1 Последняя цифра шифра Материал стенки Тол- щина стенки, мм t с1 , °С t с2 , °С Предпо- следняя цифра шифра Материал изоляции Толщина изоляции и, мм Медь 190 50 0 Асбест 1 Алюминий Накипь Сталь 170 50 2 Пенопласт Нерж. сталь 160 60 3 Накипь Чугун 150 40 4 Резина 5 латунь 180 50 5 Асбест 6 Медь 170 60 6 Резина 7 Алюминий Накипь Сталь 150 60 8 Пенопласт Чугун 140 70 9 Асбест Задача № ТП – 2 По трубе длиной l = 3 ми внутренним диаметром d , м движется жидкость со скоростью W , мс. Средние по длине температуры стенки трубы t c , Си жидкости ж, С. Рассчитать средний коэффициент конвективной теплоотдачи к жидкости или от нее к стенке. Данные для решения задачи взять из табл. 2. Таблица 2 Последняя цифра шифрам, мс Предпоследняя цифра шифра t c , С ж, °С Жидкость 0 0,010 0,1 0 20 120 Транс. масло 1 0,012 0,5 1 30 110 Глицерин 2 0,014 0,8 2 40 100 Вода 3 0,016 1,0 3 50 90 Транс. масло 4 0,018 1,5 4 60 80 Глицерин 5 0,020 2,0 5 70 50 Вода 6 0,013 2,5 6 80 50 Транс. масло 7 0,015 2,0 7 90 40 Глицерин 8 0,017 1,5 8 100 30 Вода 9 0,020 1,0 9 120 20 Транс. масло Задача № ТП – 3. Определить плотность лучистого потока тепла л между двумя параллельными плоскостями, имеющими температуры и t 2 и степени черноты 1 ε и 2 ε . Как изменится л, если между плоскостями установить тонкий листовой экран со степенью черноты э Данные для решения задачи взять из табл. 3. Таблица 3 Последняя цифра шифра 1 ε 2 ε э ε Предпоследняя цифра шифра t 1 , С t 2 , С 0 0,62 0,35 0,22 0 380 30 1 0,65 0,42 0,42 1 450 40 2 0,72 0,68 0,16 2 500 50 3 0,75 0,35 0,42 3 550 60 4 0,82 0,65 0,35 4 600 20 5 0,35 0,82 0,15 5 650 70 6 0,42 0,62 0,42 6 700 65 7 0,22 0,32 0,65 7 750 35 8 0,18 0,75 0,45 8 680 75 9 0,88 0,82 0,25 9 570 45 Задача № ТП – 4 Плоская стальная стенка толщиной c δ омывается с одной стороны горячим газами с температурой ж, ас другой стороны − водой с температурой ж. Определить коэффициент теплопередачи от газов к воде, плотность теплового потока и температуру обеих поверхностей стенки, ели известны коэффициенты теплоотдачи от газа к стенке 1 α и от стенки к воде 2 α , а коэффициент теплопроводности стали c λ = 50 Вт/(м ⋅град). Определить также все указанные выше величины для случая, если стенка, омываемая водой, покроется слоем накипи толщиной н коэффициент теплопроводности накипи н 0,5 Вт/(м ⋅град). Показать, как изменится характер зависимости температур от t ж1 до t ж2 по толщине слоя. Объяснить влияние отложения накипи на теплопередачу. Данные для решения задачи взять из табл. 4. Таблица 4 Последняя цифра шифра c δ , мм н δ , мм Вт/(м 2 ⋅град) Предпоследняя цифра шифра ж, °С t ж2 , С 14 1,0 32 1200 0 300 50 1 16 1,5 35 1400 1 350 60 2 18 2,0 38 1600 2 400 70 3 20 2,5 40 1800 3 450 80 4 22 3,0 42 2000 4 500 90 5 15 1,0 45 1200 5 300 50 6 17 1,5 50 1400 6 350 60 7 19 2,0 55 1600 7 400 70 8 21 2,5 60 1800 8 450 80 9 23 3,0 65 2000 9 500 90 Задача № ТП – 5 Для утилизации теплоты отходящих дымовых газов (вторичных энергоресурсов – ВЭР) используется газотрубный теплообменник, в котором нагревается вода. Температура газов до подогревателя 1 t′ и после него 1 t ′′ , температура воды, поступающей в подогреватель 2 t′ , а выходящей из него 2 t ′′ . Определить площадь теплопередающей поверхности подогревателям, при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей, если расход воды составляет m & , кг/с. Коэффициент теплопередачи от дымовых газов к воде k , Вт/(м 2 К. Изобразить схематично характер изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена. Данные для расчета приведены в табл. 5. Таблица 5 Последняя цифра шифра С ′′ ,°С 2 t′ ,°С 2 t ′′ ,°С Предпо- следняя цифра шифра m & , кг/с k , град м Вт ⋅ 2 0 300 150 5 70 0 5 15 1 350 180 10 80 1 10 17 2 400 200 15 90 2 15 19 3 450 220 20 75 3 20 21 4 500 350 25 85 4 25 23 5 250 120 30 95 5 30 25 6 200 100 35 70 6 35 27 7 220 120 40 75 7 40 29 8 240 140 45 80 8 45 31 9 260 160 50 85 9 50 33 Задача № ТП – 6 Найти поток массы водяного пара M& (кг/с) в процессе высушивания влажного материала поверхностью F воздухом, движущимся со скоростью W & над поверхностью испарения длиной Данные для решения задачи взять из табл. 6. Барометрическое давление воздуха принять равным 760 мм рт. ст, коэффициент диффузии водяного пара в воздухе D 0 =21,6·10 -6 мс при нормальных условиях. Температура поверхности влажного материала t вл.м =12 С, давление насыщения водяного пара при этой температуре нас Па. Таблица 6 Последняя цифра шифрам, мс l , м Предпоследняя цифра шифра t с , См, С 0 2.4 1.5 1.2 0 20 15 1 2.6 2.0 1.4 1 22 16 2 2.8 2.5 1.6 2 24 17 3 3.0 3.0 1.8 3 23 18 4 3.2 3.5 2.0 4 25 19 5 3.4 1.5 2.2 5 20 15 6 3.6 2.0 2.4 6 23 16 7 3.8 2.5 2.6 7 22 17 8 4.0 3.0 2.8 8 24 18 9 4.2 3.5 3.0 9 26 19 Напоминаем, что теплообмен вызывается разностью температур, массообмен – разностью концентраций вещества. Массообмен чаще всего сопровождается теплообменом, например, при испарении жидкости и сушке. Между процессами тепло- и массообмена наблюдается аналогия. Теплопроводности соответствует диффузия, массообмену – конвективный теплообмен. Поэтому можно дать описание массообменным процессам с помощью аналогичных (диффузионных) чисел подобия. Например, коэффициент массоотдачи β при испарении воды при движении над ее поверхностью воздуха можно рассчитать из уравнения подобия 3 / 1 2 / 1 664 0 ∂ ∂ ⋅ ⋅ = r P e R Nu , ν l W e R ⋅ = & , где W & – скорость воздуха над поверхностью испарения, мс l – длина поверхности в направлении движения воздуха, м ν – коэффициент кинематической вязкости воздуха при температуре воздуха, мс ν = ∂ r P , где D – коэффициент молекулярной диффузии водяного пара в воздухе, мс l Nu ⋅ = ∂ β , где β – коэффициент массообмена, мс. Количество переданной массы при сушке можно рассчитать по формуле ) ( 2 1 p p T R M − ⋅ ⋅ = β & , кг/с, где p 1 и p 2 – парциальные давления водяного пара над поверхностью испарения и вдали от нее, Па. (В данном случае они пропорциональны концентрациям водяного пара в воздухе. Парциальное давление определяется по диаграмме влажного воздуха (рис.П2) с помощью найденного по табл.П4 значения относительной влажности и температуры воздуха с Курсовая работа Тепловой расчет теплообменного аппарата типа труба в трубе В теплообменном аппарате типа труба в трубе нагреваемая жидкость − вода с расходом 2 m& , кг/с, − движется по внутренней трубе 1 (рис. 1), изготовленной из стали ( 60 = ст λ Вт/(м ⋅К), с наружным диаметром ни толщиной стенки с. В межтрубное пространство 2 подается сухой насыщенный пар воды, который конденсируется при температуре const t н = .При этом выделяется теплота r (кДж/кг), которая передается нагреваемой жидкости (воде. Рис Требуется рассчитать поверхность теплообмена F , ми расход греющего пара 1 m m n & & = , кг/с, если заданы температуры нагреваемой жидкости на входе 2 t′ и выходе 2 t ′′ , С. Данные для расчета приведены в табл. 1. Длину l или высоту Н секции теплообменника принять равной 2 м. Таблица 1 Последняя цифра шифра 2 m& , кг/с с н d δ × , мм ⋅мм н t , °С Предпоследняя цифра шифра 2 t′ , С 2 t ′′ , С Расположение теплообменника Гориз. 1 1,0 50 ×3 230 1 15 70 Вертик. 2 1,5 60 ×4 240 2 20 80 Гориз. 3 2,0 40 ×2 250 3 25 60 Вертик. 4 2,5 50 ×3 160 4 30 70 Гориз. 5 3,0 60 ×4 170 5 40 80 Вертик. 6 3,5 40 ×2 180 6 45 60 Гориз. 7 4,0 50 ×3 190 7 20 70 Вертик. 8 4,5 60 ×4 200 8 25 80 Гориз. 9 5,0 40 ×2 210 9 30 90 Вертик. Как известно, тепловой расчет теплообменных аппаратов сводится к совместному решению уравнений теплового баланса отв подв Q Q & & = или ( ) ( ) 2 2 2 2 1 1 1 t t c m h h m ′ − ′′ = ′ − ′′ & & , (1) и теплопередачи F t k Q ⋅ ∆ ⋅ = , (2) где r h h = ′ − ′′ 1 1 − теплота парообразования (см. табл. а, Дж/кг; 2 c − средняя массовая теплоемкость воды, определяется из табл. П при средней температуре ( ) 2 2 2 5 , 0 t t t ′′ + ′ = ; k − коэффициент теплопередачи через плоскую стенку. В рассматриваемом теплообменнике с тонкостенными трубами допустим расчет как для плоской стенки 2 1 1 1 1 α λ δ α + + = ст ст k , Вт/(м 2 ⋅К); (3) t ∆ − средняя разность температур между теплоносителями м б м б t t t t t ∆ ∆ ∆ − ∆ = ∆ ln , С 2 t t t н б ′ − = ∆ , нм. (4) Значение коэффициента теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке 1 α определяется из уравнения подобия. Выбор расчетного уравнения при конденсации наверти- кальной стенке начинается с установления режима движения пленки конденсата − ламинарного или турбулентного. Характер движения конденсата определяется по значению относительной длины ( ) н c н н A t t Н z ⋅ − = 1 , (5) где н 1 2 , 1/(м ⋅К) − из табл. а − все теплофизические величины в комплексе н относятся к конденсату при н t При значении н режим течения конденсата будет ламинарными среднее значение коэффициента 1 α можно определить по формуле ( ) 25 , 0 78 , 0 1 Pr Pr 8 , 3 Re c н н н z ⋅ = , (6) где ( ) н c н н B H t t ⋅ ⋅ − ⋅ = 1 Re α ; (7) нм Вт − комплекс теплофизических свойств конденсата при низ табл. а. Таблица ан, С Ан м К) В н , мВт r, кДж/кг 120 70,3 0,00765 2202,8 130 82 0,00847 2174,3 140 94 0,00929 2145,0 150 107 0,01015 2114,3 160 122 0,01109 2092,6 170 130 0,01204 2049,5 180 150 0,0129 2015,2 190 167 0,01402 1978,8 200 182 0,01505 1940,7 210 197 0,01608 1900,5 При смешанном течении конденсата на вертикальной стенке н ( ) ( ) [ ] 3 4 5 , 0 25 , 0 2300 Pr Pr Pr 069 , 0 253 Re 1 − ⋅ + = н н c н н z , (8) где ни с числа подобия Прандтля − для конденсата рассчитываются при ни средняя температура стенки со стороны пара − в первом приближении принимается равной ( ) 2 5 , 0 1 t t t t н н c − − = , С. При горизонтальном расположении теплообменника ламинарное течение конденсата н 25 , 3 Re н н z = , (9) где ( ) н c н н B R t t ⋅ ⋅ − = π α 1 1 Re ; (10) нм радиус трубы, на которой происходит конденсация. Значение коэффициента теплоотдачи от стенки к нагреваемой жидкости (воде) 2 α рассчитывается из уравнений подобия при ламинарном режиме движения ( Re < 2300): ( ) ( ) 25 , 0 1 , 0 33 , 0 33 , 0 2 Pr Pr Pr Pr Re 15 , 0 c ж жd ж жd жd Gr Nu ⋅ ⋅ = ; (11) – при турбулентном режиме движения ( Re > 10 4 ): ( ) 25 , 0 43 , 0 8 , 0 2 Pr Pr Pr Re 021 , 0 c ж ж жd жd Nu ⋅ = ; (12) при переходном режиме (2300 < Re <10 4 ): ( ) 25 , 0 43 , 0 0 2 Pr Pr Pr c ж ж жd k Nu = , (13) где 0 k − определяется из табл. б, а значение 2 Pr c устанавливается при 1 2 c c t t ≅ Таблица б 3 ж 2,4 2,7 3 4 5 6 8 10 0 k 3,8 4,4 6,0 10,3 15,5 19,5 27,0 33,3 В уравнениях (11) − (13): число Нуссельта λ α вн жd d Nu 2 = ; число Рейнольдса ν вн жd d W& = Re ; число Грасгофа 2 3 ν β t gd Gr вн жd ∆ ⋅ = ; 2 2 t t t c − = ∆ ; число Прандтля a ν = Pr − из таблиц при 2 t или Из рассчитанных по одному из уравнений (11) − (13) значений числа Нуссельта ж определяется коэффициент теплоотдачи вж жd d Nu λ α ⋅ = 2 , Вт/(м 2 КВ проведенном расчете температура стенки со стороны пара 1 c t определялась в первом приближении. Ее можно уточнить, если учесть, что при стационарном режиме работы теплообменного аппарата плотности теплового потока, определенные из уравнений теплоотдачи ( ) ∗ − = 1 н, Вт/м 2 , (15) и теплопередачи t k q ∆ ⋅ = , Вт/м 2 , (16) должны иметь одно и тоже значение, те. н 1 α , откуда уточненное значение этой температуры стенки 1 н, С. (17) Если ранее принятая температура 1 c t и найденная из (17) 1 * c t отличаются более чем на ±5°, нужно задаться новым значением и снова произвести расчет с последующей проверкой. При этом в уравнениях (11) − (13) теперь число 2 Pr c устанавливается при более точном значении 2 c t : из уравнения теплопроводности ( ) 2 1 c c t t q − = δ λ (18) λ δ ⋅ − = q t t c c 1 2 , С (19) Расчет теплообменного аппарата завершается определением расхода греющего пара 1 m& из уравнения (1) и поверхности теплообмена F , м из уравнения (2). Обычно теплообменник изготавливается в виде секций высотой Н (в нашем случае Нм) или для горизонтальных теплообменников длиной l , м (в нашем случаем. Тогда число секций F F n ′ = , (20) где F ′ − поверхность теплообмена одной секции высотой Н или длиной l , м l d Н d F вн вн ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ = ′ π π , м. (21) Теплотехника. Техническая термодинамика. Теплопередача. Методические указания) Составители И.З.Вафин, М.С.Курбангалеев, А.А.Мухамадиев, И.Х.Хайруллин Редактор Л.И.Жадан Корректор Ю.Е.Стрыхарь |