27 Теплообменные аппараты

27.1 (Вариант 14) Определить поверхность нагрева газоводяного рекуперативного теплообменника, работающего по противоточной схеме. Греющий теплоноситель – дымовые газа с начальной температурой t′г и конечной t″г. Расход воды через теплообменник – Gв, начальная температура воды t′в, конечная t″в. Коэффициент теплоотдачи от газа к стенке принять αг, от стенки трубы к воде αв. Теплообменник выполнен из стальных труб (коэффициент теплопроводности λ=50 Вт/(м·К) с наружным диаметром d=50 мм  и толщиной стенки δ=4 мм). Определить также поверхность теплообменника по прямоточной схеме и сохранении остальных параметров неизменными. Для обеих схем движения (противоточной и прямоточной) показать графики изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена. Указать преимущества противоточной схемы.

Таблица 4.16 – Исходные данные 

Gв, кг/ct′г, ºСt″г, ºСt′в, ºСt″в, ºСαгαв
Вт/(м2·К)
3,746021018160504500

Ответ: Fпрот=185 м², Fпрям=248 м².

Варианты задачи: 41, 01, 95.


27.2 Определить площадь поверхности нагрева газоводяного рекуперативного теплообменника, работающего по противоточной схеме. Греющий теплоноситель — дымовые газы с начальной температурой t′г и конечной — t″г. Расход воды через теплообменник — Gв, начальная температура воды — t′в, конечная — t″в. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке трубы — αг и от стенки трубы к воде — αв. Теплообменник выполнен из стальных труб с наружным диаметром d=50 мм и толщиной стенки δ=4 мм. Коэффициент теплопроводности стали λ=62 Вт/(м·К). Стенку считать чистой с обеих сторон.

Определить также площадь поверхности теплообмена при выполнении теплообменника по прямоточной схеме и сохранении остальных параметров неизменными.

Таблица 1 — Исходные данные

Gв, ºСt'в, ºСt''в, ºСt'г, ºСαг, Вт/(м2•К)αв, Вт/(м2•К)
3,215195270353800

Ответ: Fпрот=247,1 м², Fпрям=313,4 м².


27.3 В маслоохладителе температура масла понижается от t′1=59ºC до t″1=50ºC, а температура воды при этом повышается от t′2=9ºC до t″2=18ºC. Найти средний перепад температур при прямотоке.

Ответ: Δt=0ºC.


27.4 Определить площадь поверхности нагрева газоводяного рекуперативного теплообмена, работающего по противоточной схеме. Греющий теплоноситель — дымовые газы с начальной температурой t′г и конечной t″г. Расход воды через теплообменник -Gв, начальная температура воды — t′в, конечная — t″в. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке трубы — αг и от стенки трубы к воде αв. Теплообменник выполнен из стальных труб с внутренним диаметром d=50 мм и толщиной стенки δ=1 мм. Коэффициент теплопроводности сталиλ=62 Вт/(м·К) . Стенку считать чистой с обеих сторон. Данные для расчетов взять из таблицы 1. Определить также поверхности теплообмена при выполнении теплообменника по прямоточной схеме и при сохранении остальных параметров неизменными. Для обеих схем движения теплоносителя (противоточной и прямоточной) показать без расчета графики изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена. Указать преимущества противоточной схемы.

Таблица 1 — Данные для расчета

α1, Вт/(м2·К)α2, Вт/(м2·К)G, кг/чt'в, ºСt''в, ºСt'г, ºСt''г, ºС
40645170013113660460

Ответ: Fпрям=1,825 м², Fпрот=1,777 м².


27.5 Определить поверхность нагрева противоточного теплообменника типа «труба в трубе». По внутренней трубе движется греющая вода. Начальная температура воды t′1=90ºC, массовый расход G1=1,5 кг/c. Диаметр трубы d2/d1=40/37 мм, коэффициент теплопроводности ее стенки λ=50 Вт/(м·К). Нагреваемая вода движется внутри кольцевого канала между трубами. Внутренний диаметр внешней трубы D=60 мм. Расход нагреваемой воды G2=1,4 кг/c, ее температура на входе t′2=20ºC, на выходе t″2=70ºC.

Ответ: F=5,37 м².


27.6 В противоточном водяном теплообменнике типа труба в трубе определить поверхность нагрева, если греющая вода поступает с температурой t′1=97 ºC и ее расход равен m1=1,3 кг/c. Греющая вода движется по внутренней стальной трубе с диаметром d2/d1=40/37 мм. Коэффициент теплопроводности стальной трубы λст=50 Вт/(м·К). Нагреваемая жидкость движется по кольцевому каналу между трубами и нагревается от температуры t′2=17 ºC до t″2=47 ºC. Внутренний диаметр внешней трубы 54 мм, расход нагреваемой жидкости m2=1,12 кг/c. Потерями в окружающую среду пренебречь.

Ответ: F=1,90 м².


27.7 (Вариант 65) Определить потребную поверхность рекуперативного теплообменника, в котором вода нагревается горячими газами. Расчет произвести для прямоточной и противоточной схем движения. Значения температур газа t′1 и t″1, воды t′2 и t″2, расхода воды M и коэффициента теплопередачи K выбрать из табл.3.

Таблица 3

t′1, ºСt″1, ºСt′2, ºСt″2, ºСМ, кг/cK, Вт/(м2·К)
425275251300,842

Ответ: Fпрям=33,4 м², Fпрот=30,9 м².

Варианты задачи: 53, 66.


27.8 В рекуперативном прямоточном теплообменнике температура греющего и нагреваемого теплоносителей равна: а) на входе в теплообменник t′1=200 ºC, t′2=20 ºC; б) на выходе из теплообменника t″1, t″2. Расход греющего теплоносителя G1, теплоемкость с1=4,2 кДж/(кг·К). Площадь теплообменной поверхности теплообменника F=25 м². Определить средний коэффициент теплопередачи k при заданной схеме движения теплоносителей. На сколько процентов увеличится количество передаваемого тепла, если при неизменных температурах теплоносителей на входе в теплообменник его площадь поверхности теплообмена будет в два раза больше, т.е. 50 м²? Значение коэффициента теплопередачи считать неизменным.

Таблица 1 – Числовые данные к задача контрольной работы №2

Предпоследняя цифра шифраt″1, ºCt″2, ºCG1, кг/c
140260,5

Ответ: 1) k=207 Вт/(м²·К); 2) количество передаваемого тепла увеличится на 100 %.

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0.

Методические указания


27.9 В пароводяном теплообменнике вода нагревается насыщенным паром (при р=0,6 МПа) от температуры t′ω=20 ºC до t″ω1=50 ºC. В результате интенсификации теплообмена температура подогрева воды повысилась до t″ω2 при неизменном расходе G=1 кг/c. Определить, во сколько раз увеличился коэффициент теплопередачи.

Таблица 2 – Числовые данные к задачам контрольной работы №2 

Вариантt″ω2, ºС
160

Ответ: после интенсификации теплообмена коэффициент теплопередачи увеличится в 1,4 раза.

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0.

Методические указания


27.10 (Вариант 07) Определить поверхность нагрева воздухоподогревателя парового котла при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей, если объемный расход нагреваемого воздуха при нормальных условиях Vн, коэффициент теплопередачи от продуктов сгорания к воздуху k. Начальные и конечные температуры продуктов сгорания и воздуха соответственно t′1, t″1, t′2 и t″2. Изобразить графики изменения температур теплоносителей для обоих случаев.

Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл.4.20.

Таблица 4.20

Vн·10-4,
м3
k,
Вт/(м2·К)
t′1, ºCt″1, ºCt′2, ºCt″2, ºC
82560040020300

Ответ: Fпрям=0,13 м², Fпрот=0,10 м².