Задачи гос экзамен. ГОСЫ_ЗАДАЧИ. Решение Молекулярная масса азота равна 28 кгкмоль Плотность азота при нормальных условиях равна
 Скачать 146.03 Kb.
|
|
Ответ: F = 3,77 м2 Требуется охладить воздух от 80  С до 50 С. Расход воздуха (при нормальных физических условиях) 10 м /с. Воздух охлаждается водой, ее массовый расход 4 кг/с, а температура на входе 10 С. Определить площадь поверхности теплообмена, если коэффициент теплопередачи 25 Вт/(м К).Решение: Расход воздуха: m1 = V1* = 10*1,044 (при Тср=(80+50)/2=65) = 10,44 кг/с Уравнение баланса: Q = m1*С1*(t1’-t1”)=m2*С2*(t2”-t2’) Следовательно t2”=m1*С1*(t1’-t1”)/(m2*С2)+t2’=10,44*1,005*(80-50)/(4*4,19)=28,8С Cреднелогарифмический температурный напор в теплообменнике  где:  – соответственно большая и меньшая разность температур на входе и выходе теплообменника   Количество тепла переданного в теплообменнике Q = m2*С2*(t2”-t2’)=4*4,19*(28,8-10)=315,1 кВт Из уравнения теплопередачи определяем поверхность теплообмена теплообменника F = Q/(k*t) = 315100/(25*45,3) = 278,2 м2 Ответ:F = 278,2 м2 Вычислить поверхность нагрева противоточного теплообменного аппарата, тепловая нагрузка которого 8000 Вт. На входе в аппарат дымовые газы имеют температуру 380 С, а на выходе 210 С. Воздух на входе имеет температуру 50 С. Массовые расходы дымовых газов и воздуха одинаковые. Удельные теплоемкости также одинаковые. Коэффициент теплопередачи 90 Вт/м К. Можно ли осуществить нагрев воздуха, если теплообменник будет включен по прямоточной схеме?Решение: Количество тепла переданного в теплообменнике нагреваемой воде Q = mв*Св*(tв”-tв’)=mг*Сг*(tг’-tг”) = 8000 Вт tв”=tг’-tг”+tв’=380-210+50=220С Cредний температурный напор в теплообменнике  где: – соответственно большая и меньшая разность температур на входе и выходе теплообменника   Из уравнения теплопередачи определяем поверхность теплообмена теплообменника F = Q/(k*t) = 8000/(90*160) = 0,56 м2 Для прямоточной схемы теплообмена воздух нельзя будет нагреть, так как по уравнению теплового баланса температура воздуха на выходе из теплообменника выше, чем температура газов. Ответ:F = 0,56м2 В водо-водяном теплообменном аппарате типа «труба в трубе» греющая вода с массовым расходом 2300 кг/час имеет температуру на входе 90 С. Холодная вода нагревается от 15 С до 45 С, ее расход 3200 кг/час. Определить среднеинтегральный температурный напор и поверхность теплообмена при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей. Коэффициент теплопередачи 1200 Вт/(м К).Решение: Количество тепла переданного в теплообменнике нагреваемой воде Q = m2*Св*(t2”-t2’) = 3200*4,2*(45-15)/3600 = 112 кВт Из уравнения теплового баланса определим температуру греющей воды на выходе из теплообменника: t1” = t1’-Q/(m1*Св) = 90–112*3600/(2300*4,2) = 48,2C. Cреднеинтегральный температурный напор в теплообменнике для противоточной схемы теплообмена где: – соответственно большая и меньшая разность температур на входе и выходе теплообменникаПРОТИВОТОК    Из уравнения теплопередачи определяем поверхность теплообмена теплообменника Fпрот = Q/(k*t) = 112000/(1200*38,8) = 2,4 м2 ПРЯМОК    Из уравнения теплопередачи определяем поверхность теплообмена теплообменника Fпрям = Q/(k*t) = 112000/(1200*22,8) = 4,09 м2 Ответ:Fпрот = 2,4м2; Fпрям = 4,09м2 В теплообменнике горячая вода движется по трубе внутренним диаметром 20 мм со скоростью 0,5 м/с и охлаждается от 96 С до 85 С, а воздух поперечно обтекает трубу снаружи и нагревается от 23 С до 30 С. Определить поверхность теплообмена, если коэффициент теплопередачи 15 Вт/(м К).Решение: Расход греющей воды: m1 = w1*fтр* = 0,5*(3,14*0,022/4)*960 = 0,157 кг/с Количество тепла переданного в теплообменнике от греющей воды к воздуху Q = m1*Св*(t1”-t1’) = 0,157*4,2*(96-85) = 7,24 кВт Количество тепла, переданного от греющей среды в теплообменнике Q = m2*Св*(t2’-t2”) Cреднелогарифмический температурный напор в теплообменнике где: – соответственно большая и меньшая разность температур на входе и выходе теплообменника   Из уравнения теплопередачи определяем поверхность теплообмена теплообменника F = Q/(k*t) = 7240/(15*64) = 7,5 м2 Ответ:F = 7,5 м2 Определить площадь поверхности теплообменного аппарата, в котором вода движется по трубе диаметром 57 мм со скоростью 0,6 м/с и охлаждается от 90оС до 60оС. Охлаждение происходит за счет холодной воды, движущейся противотоком, ее расход 1 кг/с, а температура на входе 10оС. Коэффициент теплопередачи 600 Вт/(м2К). Можно ли использовать прямоточную схему движения теплоносителей. Решение: Расход греющей воды: m1 = w1*fтр* = 0,6*(3,14*0,0572/4)*1000 = 1,53 кг/с Количество тепла переданного в теплообменнике Q = m1*Св*(t1”-t1’) = 1,53*4,2*(90-60) = 192,3 кВт Количество тепла, переданного нагреваемой воде в теплообменнике Q = m2*Св*(t2’-t2”) откуда определим температуру нагреваемой воды на выходеих теплообменника: t2”= t2’ + Q/(m2*Св) = 10 + 192,3/(4,2*1) = 55,8C Cреднелогарифмический температурный напор в теплообменнике где: – соответственно большая и меньшая разность температур на входе и выходе теплообменника   Из уравнения теплопередачи определяем поверхность теплообмена теплообменника Fпрот = Q/(k*t) = 192300/(600*41,6) = 7,72 м2 В данном случае прямоточную схему движения теплоносителей использовать можно, так как температура нагреваемой воды на выходе из теплообменника ниже температура греющей воды на выходе из теплообменника. В этом случае средне логарифмический температурный напор в теплообменнике равен где: – соответственно большая и меньшая разность температур на входе и выходе теплообменника   Из уравнения теплопередачи определяем поверхность теплообмена теплообменника Fпрям = Q/(k*t) = 192300/(600*25,5) = 12,6 м2 Ответ:Fпрот = 7,72 м2; Fпрям = 12,6 м2 Определить расход воды, охлаждающей конденсатор, состоящий из 12 труб красной меди (=330 Вт/(м К)). Наружный диаметр труб 21 мм, внутренний диаметр 18 мм. Длина труб 3 м. Коэффициент теплоотдачи со стороны конденсирующегося пара 7000 Вт/(м К), а со стороны движущейся внутри труб воды 2500 Вт/(м К). Температура конденсации пара 55 С. Температура воды на входе в трубу 16 С, на выходе из трубы 48 С.Решение: Поверхность теплообмена конденсатора F = nтр**dвн*l = 12*3,14*0,018*3,0 = 2,034 м2 Коэффициент теплопередачи:  Cреднелогарифмический температурный напор в теплообменнике равен где: – соответственно большая и меньшая разность температур на входе и выходе теплообменника   Из уравнения теплопередачи определяем тепловую мощность конденсатора Q= F*k*t = 2,034*1287,9*18,63 = 48802 Вт Из уравнения теплового баланса определяем расход охлаждающей воды m2= Q/(Св*(t2”-t2’)) = 48802/(4200*(48-16)) = 0,363 кг/с Ответ: m2= 0,363 кг/с Определить максимальный и минимальный расход сухого насыщенного пара с Ризб = 0,7 МПа для нагрева воды в бойлере-аккумуляторе от  до  . имеющего площадь теплообменной поверхности F = 1,5 м2 при коэффициенте теплопередачи k = 600 Вт/м2К.Решение: Абсолютное давление греющего пара, поступающего в бойлер-аккумулятор Рабс = Ризб + Ратм = 0,7 + 0,1 = 0,8 МПа Скрытая теплота конденсации (парообразования) пара при давлении Р=0,801 МПа определяем по таблице 2 справочника теплофизических свойств воды и водяного пара r = 2047,3 кДж/кг. Температура насыщения tн = 170,5 С. Cреднелогарифмический температурный напор где: – соответственно большая и меньшая разность температур на входе и выходе бойлера-аккумулятора   Из уравнения теплопередачи определяем максимальную тепловую мощность бойлера-аккумулятора Qмакс= F*k*t = 1,5*600*133,25 = 119925 Вт Максимальный расход греющего пара составит Gп = Q/r = 119925/2047,3 = 58,57 кг/с Ответ: Gпмакс = 58,57 кг/с Технологическую жидкость с расходом G1 = 7500 кг/час и теплоемкостью с1 = 3,4 кДж/(кг К) охлаждают в рекуперативном теплообменнике от  до  . Охлаждение производится водой с начальной температурой  . Определить площадь теплообменного аппарата F и расход воды G2 для прямоточного и противоточного движения теплоносителей. В обоих случаях принять меньшую разность температур Δt = 5°С и коэффициент теплопередачи k = 1500 Вт/м2К.Решение: 7500 кг/ч=2,08 кг/с Количество тепла, переданного от технологической жидкости в рекуперативном теплообменнике Q = G1*с1*(t1’-t1”)/3600 = 2,08*3,4*(90-30) = 424,3 кВт Расход воды из уравнения теплового баланса: Q = m1*С1*(t1’-t1”)=m2*С2*(t2”-t2’) Определим температуру охлаждающей воды для противоточной и прямоточной схемы движения теплоносителей: а) для противотока: t2” = t1’ - tм = 90- 5 = 85С tб = 30 – 15 = 15 С б) для прямотока: t2” = t1” - tм = 30- 5 = 25С tб = 90 – 15 = 75С Температурный напор: а) для противотока:  б) для прямотока  Из уравнения теплопередачи определяем поверхность теплообменника а) для противотока: F1= Q/(k*t) = 424300/(1500*9,1) = 31,1 м2 б) для прямотока F2= Q/(k*t) = 424300/(1500*25,8) = 10,9 м2 Из уравнения теплового баланса определяем расход охлаждающей воды а) для противотока: m2=m1*С1*(t1’-t1”)/(С2*(t2”-t2’))=2,08*3,4*(90-30)/(4,19*(85-15))=1,45 кг/с б) для прямотока m2=m1*С1*(t1’-t1”)/(С2*(t2”-t2’))=2,08*3,4*(90-30)/(4,19*(25-15))=10,13 кг/с Ответ: G2= 1,45 кг/с; G2= 10,13 кг/с Как изменится коэффициент теплоотдачи и количество сухого насыщенного пара, конденсирующегося в единицу времени на поверхности горизонтальной трубы, если диаметр трубы увеличить в 2 раза, а давление,  , длина трубы остаются те же, и теплообмен с другой стороны поверхности не будет лимитировать конденсацию?Решение: Средний по окружности горизонтальной трубы коэффициент теплоотдачи находят по уравнению Нуссельта  где:  – наружный диаметр трубы, м.В нашем случае при увеличении диаметра в 2 раза коэффициент теплоотдачи будет равен  , т.е. уменьшится на 15,9 %.Ответ: коэффициент теплоотдачи уменьшится на 15,9 %. Определить гидравлическое сопротивление двухходового теплообменного аппарата по трубному пространству, состоящего из 100U-образных трубок с dвн=20мм. Расход воды G=110,8т/час, плотность воды ρ =980кг/м3, принять полную длину U-образной трубы l=6,5м, λтр=0,036, коэффициент местных сопротивлений в интервале м=0,5÷1,5. Решение: Площадь сечения трубок для прохода воды  Скорость воды в трубках  Гидравлическое сопротивление теплообменника определяют по формуле  где:  – коэффициент сопротивления трению потока о стенки трубОтсюда сопротивление трубного пространства составляет  Ответ:  |