Материал: Интенсификация теплообмена в энергоустановках. Сборник задач. В двух частях. Трошин А.Ю., Коновалов Д.А
С этой целью можно воспользоваться графиками, приведенными на рис. 1.48—1.50, которые заимствованы нами из [1-3]. График на рис. 1.18 позволяет определить значения поправочных коэффициентов хсw и xdw, учитывающих влияние влагосодержания на удельную теплоемкость и плотность воздуха: верхняя прямая служит для определения значений xcw, которые всегда больше 1, а нижняя — для определения xdw, которые всегда меньше 1.
График на рис. 1.49 позволяет определить поправочный коэффициент xcf, учитывающий влияние продуктов сгорания на теплоемкость сухого воздуха; график построен для двух типов нефтяного топлива: тяжелого (солярового масла и т. п.) с Н/С=0,15 и легкого (керосин, газолин) с Н/С = 0,18. Значение xcf определяется в зависимости от весового соотношения топлива и воздуха f.
Рис. 1.49. Влияние продуктов сгорания на теплоемкость сухого воздуха [4]
45
Наконец, на рис. 1.50 приведен график для определения величины поправочного коэффициента хdf, учитывающего влияние продуктов сгорания на плотность.
Пользование всеми графиками рис. 1.48—1.50 однотипно: по влагосодержанию или f находится соответствующий поправочный коэффициент, на который умножается теплоемкость или плотность сухого воздуха, определенная при дан-
ных температуре и давлении. |
|
|
В условиях задачи: |
|
|
Влагосодержание 0,015 кг влаги/кг сухого воз- |
xcw 1, 013 |
|
духа и |
xdw 0,992 |
|
|
||
f=0,015 кг топлива/кг воздуха; Н/С=0,15 и |
xcf |
1, 019 |
|
xdf |
1, 001 |
Тогда корректированные значения удельной теплоемкости составят:
(cp )возд xcwcp 1, 013 0, 248 0, 251 ккал/кг∙град,
(cp )газ xcw xcf cp 1, 013 1, 019 0, 252 0, 260 ккал/кг∙град.
Предположительно зададимся величиной потери напора, приняв ее равной 2 % располагаемого напора для каждого из теплоносителей. Тогда давление на выходе из теплообменни-
ка составит для воздуха ( p2 )возд 0,98, ( p1)возд 0,98 9, 2 9
ата, а для газа ( p2 )газ 0,98, ( p1)возд 0,981, 05 1, 03 ата.
Удельные объемы теплоносителей на входе в теплообменник и выходе из него можно с приемлемой точностью определить на основании уравнения состояния идеального газа, учитывая влияние на плотность водяных паров и продуктов сгорания (поправочные коэффициенты xdw 0,992 и
xdf 1, 001 , см. выше).
В о з д у х . На входе
46
(vвозд )вх (1/ возд )вх |
R |
|
(Tвозд )вх |
|
|
M xdw ( pвозд )вх |
|||||
|
|
||||
29, 27 448 / 0,992 104 0,144м3 / кг,
где MR 29, 27 кг∙м/кгºС – газовая постоянная для возду-
ха.
Рис. 1.50. Влияние продуктов сгорания на плотность воздуха [4]
На выходе
(v |
) |
|
(1/ |
|
) |
|
|
29, 27 639 |
0, 210м3 / кг. |
||
вых |
возд |
вых |
|
|
|
||||||
|
|
|
|||||||||
возд |
|
|
|
|
0,992 |
9, 0 |
104 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Среднее значение удельного объема
47
(vвозд )ср 12 (0,144 0, 210) 0,177 м3/кг.
Газ. На входе
(vгаз )вх (1/ газ )вх |
R |
|
(Tгаз )вх |
|
|
M xdw xdf ( pгаз )вх |
|||||
|
|
||||
29, 27 703 / 0, 992 1, 001 1, 05 104 1, 975м3 / кг.
На выходе
(v ) |
|
(1/ |
|
) |
|
|
29, 27 512 |
|
1, 47м3 / кг. |
|
вых |
газ |
вых |
|
|
|
|||||
|
|
|
||||||||
газ |
|
|
|
0,992 |
1, 0011, 03 |
104 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Среднее значение удельного объема
(vгаз )ср 12 (1,975 1, 47) 1, 723 м3/кг.
4. Значения критерия Рейнольдса
В выражении Re 4rГ G / фигурирует вязкость, выраженная в кг/ч∙м.
Как известно 1 кг∙сек/м2 = 3,53∙104кг/ч∙м.
Сторона воздуха. Весовая скорость воздуха в минимальном свободном сечении
G |
Wвозд |
|
90000 |
97500 кг∙м2 ∙ч; |
|
|
|||
возд |
( Ас )возд |
0,922 |
|
|
|
|
|||
48
|
возд |
2,89 10 6 |
кг сек / м2 |
3, 53 104 2,89 10 6 |
|
|
|
|
|
10, 2 10 2 кг / ч м; |
|
|||
Re |
|
4r G / |
4, 4510 3 97500 |
4250. |
|||||||||||
возд |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
Г |
|
|
|
|
10, 2 10 2 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Сторона газа. Весовой расход газа |
|
|
|
|
|||||||||||
Wгаз |
(1 f )Wвозд 1, 015 90000 91500 кг/ч; |
||||||||||||||
Gгаз |
|
|
Wгаз |
|
91500 |
50100 кг∙м |
2 |
∙ч; |
|
||||||
( Ас )газ |
|
1,82 |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
газ |
3,15 10 6 кг сек / м2 3,53 104 3,15 10 6 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
11,13 10 2 кг / ч м; |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
Re |
|
|
|
3, 0810 3 50100 |
1390. |
||||||
|
|
|
|
газ |
|
11,1310 2 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
5. Значения критерия Стантона и коэффициента сопротивления ζ
Сторона воздуха . По графику рис. 1.22 для поверхно-
сти типа 9,5-23,8 при Re 4250 St Pr2/3 0, 0072 и 0, 0375
.
St 0, 0072 0, 770 0,00935.
Сторона газа. По графику рис. 1.17 для поверхности типа 43,6 при Re 1390 St Pr2/3 0, 0045 и 0, 0155
St 0, 0045 0,770 0, 00585.
6. Значения коэффициента теплоотдачи
От поверхности к воздуху
49