 Федеральное агентство по образованию ФГОУ ВПО
“Сибирский Федеральный университет”
Саяно- Шушенский филиал
Расчетно-графическое задание по общей энергетике.
«Расчет газовоздушного теплообменника».
Вариант 09.
Выполнила студентка гр.07-2:
Клагиш Диана
Проверил преподаватель:
Матвиевский А.М.
Саяногорск - 2009г
ЗАДАЧА.
Определить поверхность нагрева рекуперативного газовоздушного теплообменника при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей, если массовый расход нагреваемого воздуха m2
, средний коэффициент теплопередачи от газов к воздуху К, начальные и конечные температуры газов и воздуха соответственно:  1
и  1
, 2
и 2
. Исходные данные принять по табл.1.
Изобразить графики изменения температур теплоносителей для обоих случаев.
Таблица 1
Исходные данные к задаче
| Последняя цифра шифра |
m2
,
кг/с
|
К,
Вт/м2
·К
|
Предпоследняя цифра шифра |
1
,
ºC
|
1,
ºC
|
2,
ºC
|
2,
ºC
|
| 0 |
20 |
15 |
0 |
600 |
400 |
10 |
250 |
| 1 |
30 |
20 |
1 |
625 |
425 |
15 |
275 |
| 2 |
40 |
25 |
2 |
650 |
450 |
20 |
300 |
| 3 |
50 |
30 |
3 |
675 |
475 |
25 |
325 |
| 4 |
60 |
35 |
4 |
700 |
500 |
10 |
350 |
| 5 |
70 |
40 |
5 |
725 |
525 |
15 |
375 |
| 6 |
80 |
45 |
6 |
750 |
550 |
20 |
400 |
| 7 |
90 |
50 |
7 |
775 |
575 |
25 |
425 |
| 8 |
100 |
55 |
8 |
800 |
600 |
10 |
450 |
| 9 |
110 |
60 |
9 |
825 |
625 |
15 |
475 |
РЕШЕНИЕ (вариант 09).
Графики изменения температур теплоносителей приведены на рис.1 и 2.
Тепловой поток, воспринятый нагреваемым воздухом:
Q=m2
*Cpm
(t2
’’ – t2
’)=20*1.036*(475-15)=9531.2 кВт
где средняя, массовая, изобарная теплоемкость воздуха
 .
Здесь средние теплоемкости  взяты из табл. 1 для воздуха.
Большая и меньшая разности температур между теплоносителями для прямотока:
 ;
 ;
 , поэтому средняя разность температур между теплоносителями определяется как среднелогарифмическая:
 .
Необходимая поверхность нагрева прямоточного теплообменника:
Fпрям
=Q/(K*∆tср.лог
)=9531,2/(15*391,4)=9531,2/5871=1,62 м2
.
То же самое для противотока:
 ;
 ;
 ;
то-есть среднюю разность температур между теплоносителями с достаточной точностью можно посчитать, как средне-арифметическую:
 .
Необходимая поверхность нагрева противоточного теплообменника:
 .
Fпрям
=Q/(K*∆tср.лог
)=9531,2/(15*480)=9531,2/7200=1,32 м2
.
Среднюю разность температур называют “движущей силой” теплопередачи, при противотоке она больше ( ,  ), поэтому при одинаковых условиях противоточный теплообменник компактнее (Fпрот
= 1,32 м2
)<(Fпрям
= 1,62 м2
), требует для своего изготовления меньших затрат материалов (конструктивный расчет).
Если же имеется готовый теплообменник, то при одинаковых условиях получится Qпрот
>Qпрям
(поверочный расчет) – из-за более высокой “движущей силы” при противотоке. Кроме того, как видно из рис.2, при противотоке можно нагреть холодный теплоноситель до температуры 2
> , что невозможно в принципе при прямотоке (см. рис. 1).
Таблица 1
Физические свойства воздуха при нормальном давлении
t,
ºC
|
Ср
m
,
кДж/кг·К
|
λ,
Вт/м·К
|
ν·106
,
м2
/с
|
| 0 |
1,003 |
0,0244 |
13,28 |
| 20 |
1,003 |
0,0259 |
15,06 |
| 40 |
1,003 |
0,0276 |
16,96 |
| 60 |
1,004 |
0,0290 |
18,97 |
| 80 |
1,004 |
0,0305 |
21,09 |
| 100 |
1,005 |
0,0321 |
23,13 |
| 120 |
1,006 |
0,0334 |
25,45 |
| 140 |
1,007 |
0,0349 |
27,80 |
| 160 |
1,008 |
0,0364 |
30,09 |
| 180 |
1,009 |
0,0378 |
32,49 |
| 200 |
1,010 |
0,0393 |
34,85 |
| 250 |
1,014 |
0,0427 |
40,61 |
| 300 |
1,018 |
0,0460 |
48,33 |
| 350 |
1,022 |
0,0491 |
55,46 |
| 400 |
1,027 |
0,0521 |
63,09 |
| 500 |
1,038 |
0,0574 |
79,38 |
| 600 |
1,049 |
0,0622 |
96,89 |
| 700 |
1,060 |
0,0671 |
115,4 |
| 800 |
1,069 |
0,0718 |
134,8 |
| 900 |
1,080 |
0,0763 |
155,1 |
| 1000 |
1,090 |
0,0807 |
177,1 |
| 1100 |
1,099 |
0,0850 |
199,3 |
| 1200 |
1,107 |
0,0915 |
233,7 |
Рис. 1. Прямоток.
|
Рис. 2. Противоток.
|