Расчет газовоздушного теплообменника
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 | Срm,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.