Решение:
I. Определение тепловой мощности теплообменника.
Для определения тепловой мощности теплообменного аппарата целесообразно воспользоваться уравнением теплового баланса, которое в данном случае записывается так:
0,96 ∙ Qотдан = Qполуч = Qт.о.;
0,96 ∙ Мг ∙ сг ∙ ( -
) = Мв ∙ св ∙ (
-
);
В уравнении теплового баланса неизвестны три величины: сг, св, . Определим эти величины:
1. Считая теплоемкость (массовую) постоянной:
с = , ср =
.
a) Определим для газовой смеси и μ газа:
газа =
3 ат ∙ rCO2+H2O +
2 ат ∙ rN2+O2;
rCO2+H2O = rCO2 + r H2O = 0.2;
rN2+O2 = rN2 + rO2 = 0.8;
газа = 37.7 ∙ 0.2 + 29.3 ∙ 0.8 = 31 кДж/(кмоль∙ ˚С).
г = μN2 ∙ rN2 + μO2 ∙ rO2 + μCO2 ∙ rCO2 + μH2O∙ r H2O;
г = 28 ∙ 0.6 + 32 ∙ 0.2 + 44 ∙ 0,15 + 18 ∙ 0,05 = 30,7 кг/кмоль.
b) Определим и μ для воздуха:
возд = 29,3 кДж/(кмоль∙ ˚С).
возд = μN2 ∙ rN2 + μO2 ∙ rO2;
возд = 28 ∙ 0,6 + 32 ∙ 0,2 = 28,8 кг/кмоль.
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
ОГУ 270800.62.5.2.12.253.ПЗ ОГУ 270800.62.5.2.12.253.О |
сг = = 1,009 кДж/(кмоль∙ ˚С).
срв = = 1,02 /(кмоль∙ ˚С).
2. Выразим из уравнения теплового баланса:
=
-
;
= 400 -
= 244˚С.
3. Qт.о. по левой части уравнения теплового баланса равен:
Qт.о. = 0,96 ∙ Мг ∙ сг ∙ ( -
);
Qт.о. = 0,96 ∙ 51 ∙ 1,009 ∙ (400 – 244) = 7706,49 кВт;
4. Qт.о. по правой части уравнения теплового баланса:
Qт.о. = Мв ∙ св ∙ ( -
);
Qт.о. = 55 ∙ 1,02 ∙ (300 – 160) = 7854 кВт;
5. Определяем невязку Qт.о.:
∆Qт.о. = ;
∆Qт.о. = = 0,002%.
6. Определим тепловую мощность:
Qт.о. = ;
Qт.о. = =7780 кВт.
II. Определение площади поверхности теплообмена.
Для определения площади поверхности теплообмена воспользуемся уравнением теплопередачи:
|
Qт.о. = k ∙ F ∙ ∆tср;
F = .
В уравнении для нахождения площади поверхности теплообмена неизвестны две величины: ∆tср и k.
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
ОГУ 270800.62.5.2.12.253.ПЗ |
1. Определим ∆tср:
∆tср = ;
a) Для того чтобы определить значения изобразим график изменения температуры по площади поверхности теплообмена:
= 400 - 300 = 100˚С
=244 – 160 = 84˚С
Подставляя полученные значения в формулу находим ∆tср:
∆tср = = 92 ˚С.
2. Определение коэффициента теплопередачи k:
kт.п. = ;
В данном случае величиной сопротивления теплопроводности стенки можно пренебречь, тогда
kт.п. = ;
1. Определим коэффициент теплоотдачи газа α1:
α1 = 0,021 ∙
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
ОГУ 270800.62.5.2.12.253.ПЗ |
a) Найдем среднюю температуру газа:
t ср.г. = ;
t ср.г. = = 322˚С.
b) Определим теплопроводность газа λг:
λг(+322) = ;
λг(+322) = 0,0429 Вт/ (м ∙ ˚С).
c) Определим абсолютную вязкость газа ηг:
ηг(+322) = ;
ηг(+317) = 28,3 = 29,04 ∙10-6 Па ∙с.
d) Определение эквивалентного диаметра dэкв:
dэкв = – d;
dэкв = – 0,032 = 0,01 м.
e) Определение плотности газа ρгаза:
ρгаза = ;
ρгаза = = 0,54 кг/м3.
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
ОГУ 270800.62.5.2.12.253.О |
α1 = 0,021 ∙
α1 = 73,1025 Вт/(м2 ∙ ˚С).
2. Определим коэффициент теплоотдачи воздуха α2:
|
α2 = 0,021 ∙
a) Найдем среднюю температуру воздуха:
t ср.г. = ;
t ср.г. = = 230˚С.
b) Определим теплопроводность воздуха λвозд:
λвозд(+230) = ;
λвозд(+230) = 0,0394 ∙ 10 = 0,04144 Вт/(м ∙ ˚С).
c) Определим абсолютную вязкость воздуха ηв:
ηв(+230) = ;
ηв(+317) = 26 = 27,11 ∙ 10 -6 Па ∙ с.
d) Определение плотности воздуха ρвозд:
ρвозд = ;
ρвозд = = 3,37 кг/м3.
Подставляя найденные значения в формулу определения коэффициента теплоотдачи воздуха, получаем:
α2 = 0,021 ∙
α2 = 14,2347 Вт/(м ∙ ˚С).
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
ОГУ 270800.62.5.2.12.253.О |
kт.п. = = 11,914 Вт/(м ∙ ˚С).
Подставляя найденные значения в уравнение нахождения площади поверхности теплообмена, получаем:
F = = 7098 м2.
Ответ: Qт.о. = 7780 кВт.
F = 7098 м2.
Список использованных источников
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
ОГУ 270800.62.5.2.12.253.О |
1. Теплопередача: для студентов вузов/ В.П. Исаченко [и др.]. - Изд-во Москва «Энергоиздат», 1981г.
2. Техническая термодинамика и теплопередача/ проф. В. В. Нащокин. – Изд-во Москва «Высшая школа» 1975г.