Контрольное задание 3. Расчет термодинамического цикла

Задание для расчета.

Условие:

Задачей настоящей работы является расчет водовоздушного теплообменника, заключающийся в определении его основных характеристик. К их числу относятся: полная поверхность теплообмена Sп, массовый расход воды G2, протекающей через теплообменник, средний логарифмический температурный напор tср, тепловая мощность Q.

Объектом расчета является рекуперативный (т.е. работающий в стационарном режиме с несмешивающимися потоками теплоносителей) теплообменник типа «труба в трубе», схематически изображенный на рис. 3. Предполагается, что теплоносители могут двигаться как в одну сторону (прямоточная схема), так и на встречу друг другу (противоточная схема). Расчет выполняется для обеих схем движения теплоносителей. В зависимости от схемы движения распределение их температур внутри теплообменника носит различный характер и выглядит так, как показано на рис. 4. При этом вход и выход из теплообменника принято определять по местам входа и выхода горячего теплоносителя.

При выполнении расчетов считаются известными следующие величины: коэффициент теплопроводности материала стенки внутренней трубы = 40Вт/(МК), толщина стенки = 4 мм, теплоемкость воды Ср = 4,19кДж/(кгК). Остальные величины задаются в соответствии с индивидуальными вариантами (см. п.4.6.). К ним относятся:

• — начальные и конечные температуры воздуха и воды t1, t1, t2, t2;
• — коэффициенты теплоотдачи от воздуха к стенке внутренней трубы 1 и от стенки к воде 2;
• — массовый расход воздуха G1.

Решение:

Расчетные процедуры выполняются в следующем порядке:

— сначала задается прямоточная схема движения теплоносителей и в соответствии с ней определяются величины.

tмакс = 460 — 20 = 440, и.

tмин = 230 — 100 = 130.

— по формуле (19) вычисляется средний температурный напор

= (440 — 130) / In (440 / 130) = 310 / 3,4 = 91,18.

• — пользуясь таблицей Приложения (см. п.4.5.), определяют средние изобарные теплоемкости воздуха на интервалах температур = 1,0387 и = 1,0115
• — по формуле (22) вычисляют среднюю изобарную теплоемкость воздуха на интервале температур

= 460 +20 = 480;

= 1,06.

— пользуясь формулой (20) определяют тепловую мощность теплообменника Q;

= 9,0 * 1,06 * 230 = 2194,2.

— по формуле (21) вычисляют массовый расход воды G2.

G2 = Q / Ср (t2 — t2) = 2194,2 / 4,19 * (100 — 20) = 2194,2 / 335,2 = 6,5.

— далее, с помощью формулы (18) находят коэффициент теплопередачи k;

k = = (1 22 + 1 / 4400 + 4 / 40) = 0,04 + 0,0002 + 0,1)-1 = 7,13.

— пользуясь формулой (17), вычисляют полную поверхность теплообмена Sп;

Q = kSпtср

Sп = Q / ktср = 2194,2 / 7,13 * 91,18 = 0.337.

— используя известные значения величин и Sп, для обоих типов теплообменников строят графики температурных профилей теплоносителей так, как это показано на рис. 4.