27 Теплообменные аппараты

27.23 В теплообменнике типа «труба в трубе» (d₁/d₂=20/26 мм) длиной l=1,4 м  в кольцевом канале движется вода со скоростью ω=3 м/c. Средняя температура воды t_в=40 ºС. Средняя температура стенки внутренней трубы t_с=70 ºС. Определить средний по длине коэффициент теплоотдачи и тепловую мощность теплообменника.

27.24 Определите поверхность нагрева рекуперативного теплообменного аппарата с противоточным движением теплоносителей. Греющий теплоноситель – дымовые газы с начальной температурой t′_г и конечной t″_г; нагреваемый теплоноситель – вода с начальной температурой t′_в, конечной — t″_в, расход воды G_в. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке α_г, от стенки трубы к воде — α_в. Теплообменник выполнен из стальных труб (коэффициент теплопроводности λ=50 Вт/(м·ºС) с наружным диаметром d=50 мм и толщиной стенки δ=4 мм (стенку считать чистой с обеих сторон). Определите также поверхность теплообмена аппарата для прямоточной схемы движения теплоносителей при сохранении остальных параметров неизменными.

Для обеих схем движения теплоносителей (противоточной и прямоточной) покажите графики изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена. Укажите преимущества противоточной схемы.

Таблица 5 — Исходные данные

27.25 (Вариант 73) Определить потребную поверхность рекуперативного теплообменника, в котором вода нагревается горячими газами. Расчет произвести для прямоточной и противоточной схем движения. Привести график изменения температур для обеих схем движения. Значения температур газа t′₁ и t″₁, воды t′₂ и t″₂, расхода воды М и коэффициента теплопередачи К выбрать из таблицы.

Таблица 2 — Исходные данные 

27.26 Водовоздушный нагреватель выполнен из труб диаметром 38×3 мм. Греющая среда – воздух с температурой на входе t′₁ и на выходе t″₁. Нагреваемая вода имеет расход G₂, начальную температуру t″₂ конечную t′₂. Коэффициенты теплоотдачи от воздуха к трубам α₁ и от труб к воде α₂. Найти площадь поверхности нагрева аппарата, если он выполнен по прямоточной и противоточной схемам. Учесть загрязнение поверхности труб с одной стороны накипью толщиной 0,5 мм и с другой слоем масла толщиной 0,1 мм. Кривизной трубы можно пренебречь. Теплопроводность трубы принять 40 Вт/(м·ºС).

Данные для расчёта взять из табл. 4.

Коэффициенты теплопроводности накипи и масла следует взять из соответствующих таблиц в справочниках.

Таблица 4

Варианты задачи: 4, 8, 9, 11, 12, 15, 21.

27.27 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 — G_в, начальная температура воды — t′_в, конечная — t″_в. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке трубы — α_г и от стенки трубы к воде — α_в. 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.

Для обеих схем движения теплоносителей (противоточной и прямоточной) показать (без расчета) графики изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена. Указать преимущества противоточной схемы.

Таблица 1 — Исходные данные 

Ответ:  F_прот=0,46 м², F_прям=0,50 м².

27.28 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 — G_в, начальная температура воды — t′_в, конечная — t″_в. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке трубы — α_г и от стенки трубы к воде — α_в. 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. Данные для расчетов взять из таблицы 3.4.

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.

Контрольный вопрос. Объясните физический смысл коэффициента теплоотдачи и теплопередачи. От каких факторов зависит их величина?

Таблица 4.1 — Данные для расчета 

27.29 (Вариант 3) Теплообменный аппарат – водоохладитель, представляет собой n-рядный пучок с шагами S₁ и S₂ гладких стальных труб диаметром d_нар×δ_сп. Коэффициент теплопроводности стали λ_ст=45 Вт/(м·К).

Воздух поперечным потоком омывает пучок труб со скоростью W. Температура воздуха на входе в теплообменник t′₁, на выходе t″₁. Вода движется внутри труб, температура ее на входе равна t′₂, на выходе t″₂. Коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности труб к воде α₂, расход воды M.

Рассчитать средний коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности труб к воздуху, коэффициент теплопередачи и поверхность водоохладителя. Схему движения воздуха и воды считать противоточной.

Таблица 5.1 – Исходные данные 

Продолжение таблицы 5.1 

27.30 (Вариант 70) Определить поверхность нагрева рекуперативного газо-воздушного теплообменника при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей, если объемный расход нагреваемого воздуха при нормальных условиях V_н, средний коэффициент теплопередачи от продуктов сгорания к воздуху К, начальные и конечные температуры продуктов сгорания и воздуха соответственно равны t′₁, t″₁, t′₂, t″₂. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 7. Изобразить графики изменения температур теплоносителей для обеих схем движения теплоносителей.

Таблица 7 — Исходные данные