Основы теплопередачи - Крейт Ф.
Скачать (прямая ссылка):
Теплообменники 395
удельная теплоемкость, а следовательно, и ее расходная теплоемкость по определению равны бесконечности.
Пример 7.2. При испытании теплообменника с разделительными перегородками, одним ходом в межтрубном пространстве и двумя ходами в трубном пучке получены следующие данные: масло (ср = 2100 Дж/(кг-град)) при турбулентном режиме течения входит в трубный пучок при температуре 340 К с расходом 1,00 кг/с и выходит из трубного пучка при температуре 310 К; вода входит в межтрубное пространство при температуре 290 К и выходит из него при температуре 300 К. В условиях эксплуатации требуется охлаждение масла, поступающего в теплообменник при температуре 370 К с расходом, составляющим три четверти расхода в условиях проведения испытания. Рассчитать температуру масла на выходе, если расход воды и ее температура на входе остались без изменения.
Решение. На основе данных испытаний можно определить расходную теплоемкость воды и суммарный коэффициент теплопередачи в теплообменнике. Из уравнения (7.13) находим расходную теплоемкость воды
T —• T
г* _.«-. h, вх h, вых _
ис — Wi f ZITf
с» вых 1 с, BX
340 - 310
- ь2100 Ш--Г290 -6300 Вт/град*
а из уравнения (7.19) находим отношение разностей температур Р:
T -a- T
р ВЫХ___t* BX__
100
*0
о
60
40
20
Характеристики перекрестноточного теплообменника (одна жидкость перемешивающаяся)
/, \ Леремеши-NJ^-XJ/ жидкость
Неперемешйвающ. жидкость
ntu4
*AUlch
T — T
S, BX t- BX
340 — 310
= 0,6,
Рис. 7.19. Эффективность перекрестноточного теплообменника, один теплоноситель перемешивающийся, другой неперемешивающийся. Когда Ссмеш/Снесмеш > 1, NTUm3Kc рассчитывается ДЛЯ Снесмеш-
340 - 290 Z = (300 - 290) (340 - 310) - 0,33. Из рис. 7Л1 определяем ^ = 0,94, тогда средняя разность температур равна
(340 - 300) - (310- 290)
Д;ГСРД.Г _ 0,94 - 1п [(340 _ зщ^10_ 290)] -'Из уравнения (7.16) суммарный коэффициент теплопередачи
28,9 К
иА = JL -= I:2100 С340L- 31°)
28,9
:2180 Вт/град.
. Поскольку термическое сопротивление в трубном пучке со стороны масла зависит от. скорости потока, уменьшение скорости до 75% первоначального значения приводит к увеличению термического сопротивления на величину, приблизительно равную отношению скоростей в степени 0,8. В этом можно убедиться из рассмотрения уравнения (4.88). Следовательно, для новых условий коэффициент теплопередачи, NTU и отношение расходных теплоємкостей
396 Глава 7
будут приблизительно равны
С/Л «(2180) 0,75' UA
0,8
NTU = •
1730 Вт/град; 1730
" масло Си
0,75 - 1 -2100 0,75 - 1 -2100
1,1
= 0,25.
^вода ^макс 6300
Из рис. 7.17 эффективность равна 0,61. Следовательно, из уравнения (7.21а) температура масла на выходе будет равна
Гмасло, вых = Гмасло, вх - E АГмакс = 370 - [0,61 (370 - 290)] = 321,2 К.
Пример 7.3. Плоский пластинчатый нагреватель (рис. 7.20) должен использоваться для нагревания воздуха горячими выхлопными газами из турбины. Требуемый расход воздуха 0,75 кг/с, температура воздуха на входе
Вход воздуха
Выход газа
7,62-!О"4 м Воздух' То™
8,2296•10"3M.
6,7056-10"
Сечение Л —А (не в масштабе)
Вход газа
Рис. 7.20. Подогреватель пластинчатого типа.
290 К; горячие газы входят при температуре 1150 К, расход газа 0,60 кг/с. Определить температуру воздуха на выходе из теплообменника.
Pa = 0,703 м — смоченный периметр со стороны воздуха;
Pg == 0,416 м —смоченный периметр со стороны газа;
Аа = 2,275- Ю-3 м2 — площадь поперечного сечения воздушного потока,
отнесенная к одному каналу;
Ag= 1,6-10~3 м2 — площадь поперечного сечения газового потока, отнесенная к одному каналу; число каналов на воздушной стороне 19; число каналов на газовой стороне 18.
Решение. Из рис. 7.20 видно, что данное устройство относится к пере-крестноточному типу, когда оба теплоносителя не смешиваются. В качестве первого приближения пренебрегаем концевыми эффектами. Схема движения воздушного и газового потоков аналогична схеме движения в прямых трубах, имеющих следующие размеры: длину воздушного канала L = 0,2 м;
AA
эквивалентный диаметр воздушного канала DHa = —pr- = 0,0128 м; длину
газового канала Lg = 0,35 м; эквивалентный диаметр газового канала 4Л-
D„ =—5-^-= 0,0154 м; плошадь теплоотдающей поверхности а = 2,52 м2,
" S га
Теплообменники 397
Коэффициенты теплоотдачи можно рассчитать из уравнения (5.15), описывающего теплообмен при течении газа в каналах (LJDНа = 15,6; LJDHs = = 22,7). Однако при расчете возникают определенные трудности, связанные с тем, что температуры обоих теплоносителей изменяются вдоль трубы. Поэтому сначала необходимо оценить определяющую среднюю температуру теплоносителя, а затем уточнить расчеты после вычисления температуры на выходе и температуры стенки. Выбираем определяющую среднюю температуру воздуха, равную 573 К, определяющую среднюю температуру газа 973 К, а теплофизические свойства при этих температурах находим из табл. n.VI. 1 (в предположении, что свойства газа близки к свойствам воздуха):
Ивозд = 3,932. 1(Г5 H - с/м2, Ргвозд = 0,71, ?возд = 0,0429 Вт/(м • град),
