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 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.