Материал: Интенсификация теплообмена в энергоустановках. Сборник задач. В двух частях. Трошин А.Ю., Коновалов Д.А
2.Величины поверхности теплоотдачи и проходные сечения.
3.Физические свойства теплоносителей.
4.Значения критерия Рейнольдса.
5.Значения критерия Стантона и коэффициента сопротивления ζ.
6.Значения коэффициента теплоотдачи.
7.Эффективность (к. п. д.) оребрення.
8.Эффективность (к. п. д.) всей поверхности на каждой из сторон теплообменника.
9.Общий коэффициент теплопередачи.
10.Число единиц переноса тепла - N и эффективность ε теплообменника.
11.Потеря напора для каждого из потоков.
Ниже подробно рассматривается определение всех перечисленных величин в указанной последовательности.
1. Характеристики поверхностей
Характеристики поверхности, омываемой воздухом, выписываем из табл. 1.2, а омываемой газом — из табл. 1.1.
Тип поверхности
Расстояние между пластинами h,
мм
Гидравлический диаметр 4rГ, мм Толщина ребер δ, мм
Отношение полной поверхности теп-
лоотдачи на стороне данного потока к объему, ограниченному пластинами
на той же стороне
β, м2/м3
Отношение поверхности ребер к пол-
ной поверхности
Сторона |
Сторона |
воздуха |
газа |
9,5—23,8 |
43,6 |
6,35 |
6,35 |
4,45 |
3,08 |
0,15 |
0,15 |
840 |
1200 |
0,640 |
0,756 |
40
Полное поперечное сечение на стороне воздуха
(рис. 1.47)
( AФ )возд 2,3 0,9 2, 07 м2,
на стороне газа
( AФ )газ 2,31,8 4,14 м2.
Полный объем теплообменника
V 2,3 1,8 0,9 3,73 м3.
Зададимся толщиной разграничивающих пластин a=0,3мм; предположим, что пластины выполнены из нержавеющей стали типа 1Х18Н9Т, теплопроводность которой при 300 º С составляет 16,5ккал/м∙ч∙град [3-8].
2. Величины поверхности теплоотдачи и проходные сечения
Удельная величина поверхности теплоотдачи, отнесенная к единице полного объема теплообменника, определяется уравнениями (1.4) и (1.5), на основании которых
|
|
A1 |
|
h1 1 |
; |
|
|
|
|
|
|||||
1 |
|
V |
|
h1 h2 2a |
|
||
|
|
|
|
|
|||
на стороне воздуха |
|
|
|
|
|||
возд |
|
|
|
0, 00635 840 |
400 м2/м3; |
||
0, 00635 0, 00635 2 0, 0003
на стороне газа
41
газ |
0, 006351200 |
|
572 м2/м3. |
|
0, 00635 0, 00635 2 0, 0003 |
||||
|
|
|||
Полная поверхность теплоотдачи:
Aвозд возд V 400 3, 73 1490 м2;
Aгаз газ V 572 3, 73 2140 м2.
Относительное свободное сечение каналов на стороне каждого из теплоносителей определяется по уравнению (1.2):
AC / AФ rГ .
Соответственно
|
|
|
|
4, 4510 3 |
|
|
возд |
|
r 400 |
|
0, 445; |
|
|||||
|
|
возд Г |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3, 0810 3 |
||
|
газ |
572 |
|
0, 441. |
|
4 |
|||||
|
|
|
|||
|
|
|
|
||
Свободное сечение AC АФ ;
( A ) |
возд |
|
|
( A ) |
возд |
0, 445 2, 07 0,922 м2; |
||||
c |
|
возд |
|
Ф |
|
|||||
( A ) |
газ |
|
газ |
( A ) |
газ |
0, 441 4,14 1,82 м2. |
||||
c |
|
|
Ф |
|
|
|
||||
3. Физические свойства теплоносителей
Физические свойства теплоносителей должны определяться при средней их температуре; однако по условиям задачи известны только значения температуры на входе обоих по-
42
токов. Поэтому необходимо задаться эффективностью теплообменника ε, что позволит установить значения температуры на выходе и средние значения температуры для каждого из теплоносителей, при которой будут определяться присущие им физические свойства. Впоследствии необходимо убедиться в том, что выбранное значение ε достаточно близко к определенному расчетом.
Следует заметить, что можно не добиваться точного совпадения выбранного и рассчитанного значений ε, так как свойства теплоносителей изменяются с температурой не особенно сильно, и достигаемая точность расчета вполне приемлема в большинстве практически важных случаев.
Зададимся (с последующей проверкой) значением ε=0,75, т. е. 75 %. Тогда по уравнению (1.12, ч.1) можно установить значения температуры на выходе теплоносителей:
|
Сг (tг.вх tг.вых ) |
|
Сх (tх.вых tх.вх ) |
. |
|
|
|||
|
Смин (tг.вх tх.вх ) |
|
Смин (tг.вх tх.вх ) |
|
В рассматриваемом случае можно в первом приближе- |
||||
нии принять Сг |
Сх (т. е. Сгаз |
Свозд ), что дает: |
||
tх.вых (tвозд )вых 366С , или 639 К.
tг.вых (tгаз )вых 239С , или 512 К.
Средние значения температуры определяем как среднеарифметические; тогда
(tвозд )ср 12 (175 366) 270,5 С , или 543,5 К;
(tгаз )ср 12 (430 239) 334,5 С , или 607,5 К.
По таблице свойств сухого воздуха [3-9] находим:
43
|
|
t 270,5 C |
t 334,5 C |
|
|
(сторона |
(сторона |
|
|
воздуха) |
газа) |
Вязкость μ, кг∙сек/м2 |
2,89∙10-6 |
3,15∙10-6 |
|
Pr |
|
0,675 |
0,676 |
Удельная |
теплоемкость |
Cp, 0,248 |
0,252 |
ккал/кг∙град |
|
|
|
Pr2/3 |
|
0,770 |
0,770 |
Очевидно, необходимо учесть влияние водяных паров, содержащихся в воздухе, а также продуктов сгорания в газе низкого давления, которые заметно влияют на значение удельной теплоемкости и плотности.
Рис. 1.48. Влияние влагосодержания на удельную теплоемкость и плотность воздуха [4]
44