Материал: Интенсификация теплообмена в энергоустановках. Сборник задач. В двух частях. Трошин А.Ю., Коновалов Д.А

ничивающих пластин, отнесенная к единице свободного объема, составит:

Полная поверхность на единицу свободного объема

А' А1 А2 1192 м2/м3,

что практически совпадает с 1200 м2/м3 (табл. 1.2). По уравнению (1.18) эквивалентный диаметр

что близко к значению, приведенному в табл. 1.2. Аппроксимируя кривую, описывающую данные о тепло-

отдаче для поверхности 4,8-43,6 (рис. 1.28), прямой, как это сделано на рис. 1.59, и составляя уравнение этой прямой, получим:

St 0,162 Re 0,362 Pr 23 ,

80

т.е. в соответствии с рассматриваемым методом расчета находим:

А 0,162 и а 0,362.

Поступая аналогично в отношении кривой, выражающей зависимость от Re (рис. 1.59), находим:

0,896 Re 0.375 ,

т.е. В = 0,896 и b = 0,375.

Для определения значения интегралов в уравнениях (1.28) и (1.29), которые используются при определении поперечного сечения и длины теплообменника, необходимо располагать значениями разности температур потока и стенки t при ряде температур потока, удельной теплоемкости и ком-

плексов (J)T и (F)T.

Весь дальнейший расчет проводится для одного потока низкого давления, так как критической является величина поверхности теплоотдачи именно на стороне низкого давления: по отмеченным выше соображениям поверхность теплоотдачи одинакова для каждого из потоков, и ее с избытком хватит на стороне потока сжатого водорода.

Пользуясь диаграммой состояния (T – S) для водорода, на основании теплового баланса находим температуру водорода низкого давления (1,5 ата) на выходе из теплообменника, равной 147 К. Таким образом, разность температур на холодном конце теплообменника составляет tx = 1 К, а на теплом конце – tT = 3 К. Составляя тепловой баланс по отдельным участкам теплообменника, можно определить t' для ряда значений температуры в пределах ее изменения по длине теплообменника.

81

Рис. 1.59. Аппроксимация зависимостей, выражающих теплоотдачу и потерю напора в пластинчато-ребристом теплообменнике [4]

Принимая во внимание сравнительно небольшое различие в давлениях потоков водорода, будем считать, что установленные таким образом значения t' делятся поровну между обеими сторонами поверхности, т. е. разность температур между потоком и поверхностью составляет половину разности температур двух потоков в данном сечении теплообменника, тогда

t 2t' .

Найденные таким способом значения t при различных температурах, существующих в рассматриваемом теплообменнике, приведены в табл. 1.6. Там же помещены значения теплоемкости и вязкости [7-9] водорода, а также значения комплексов (J)T и (F)T, вычисленные по уравнениям (1.23) и (1.25). Наконец, в табл. 1.6 приведены значения подынтегральных функций, фигурирующих в уравнениях (1.28) и

(1.29).

82

При вычислении (J)T уравнению (1.23) использовалось среднее значение Рг=0,73, соответствующее температуре ~100 К; зависимость Рг от температуры в рассматриваемой области выражена слабо. Подставляя в уравнение (1.23) значения А =0,162 и Рг2/3 = 0,81, получаем выражение:

которое и использовалось при определении значений, приведенных в табл. 1.6.

Подставляя в уравнение (1.25) значения В = 0,896 и g=9,81 м/сек2, найдем:

На рис. 1.60 по данным табл. 1.8 графически представлена зависимость комплексов с с /ΔtJ и с F/ΔtJ от температуры. Методом графического интегрирования найдены следующие значения интегралов:

T2 147 К

(c / tJ )dT 69 660;

T1 49 К

T2 147 К

(c F / tJ )dT 259,2.

T1 49 К

По условию потеря напора потоком водорода низкого давления не должна превышать 400 кг/м2; учитывая, что запас поверхности составит 20 %, необходимо производить расчет на потерю напора, равную р = 400/1,2 = 333 кг/м2.

Свободное поперечное сечение теплообменника, отнесенное к единице весового расхода газа, определяем по уравнению (1.28):

83

S 2 0,362 0,375 (0,0033) (1 0,375 0,362) 259,2;

(322 870 0,95)333

эффективность (к. п. д.) оребрения принимаем ηр=0,95 с последующей проверкой.

Рис. 1.60. Графическое интегрирование [4]

84