Графики изменения температуры теплоносителей

При значении (∆tб/∆tм) < 1,7 можно ∆tср определять по формуле (4а) и погрешность не будет превышать 4 %.

Прямоток: ∆tб = 385 – 5 = 380; ∆tм = 240 – 70 = 170;

> 1,7;

Противоток: ∆tб = 385 – 70 = 315; ∆tм = 240 – 5 = 235;

1.4  коэффициент теплоотдачи k, Вт/ (м2·K), по формулам:

(3.а)

(3.б)

где α1 – коэффициент теплоотдачи от греющего теплоносителя к поверхности внутренней трубы, Вт/(м2×К), 280;

α2 – коэффициент теплоотдачи от поверхности внутренней трубы к нагреваемому теплоносителю, Вт/(м2×К), 2300;

dст – толщина стенки труб, м, d = 2,5·10–3;

λст – коэффициент теплопроводности материала стенки труб, Вт/(м×К), λ = 100;

d1, d2, dср – внутренний, наружный и средний диаметр внутренней трубы, м, d1 = 33·10 –3, d2 = 38·10 –3.

если α1 > α2, то dср = dн (d2); если α1 ≈ α2, то dср = 0,5(dн + dв), если α1 < α2, то dср = dв (d1), так как α1 < α2, следовательно, dср = 33·10 –3.

При d2/d1 ≤ 1,5 кривизной стенки можно пренебречь и использовать формулу (4 а) для плоской стенки.

d2/d1 = 38/33 = 1,15 ≤ 1,5, следовательно, расчет коэффициента теплопередачи по формуле (4 а).

так как α1 < α2, следовательно, dср = dв = 33·10 –3 м.

Вт/(м2×K) = 0,25 кВт/(м2·К).

Погрешность, %, при определении коэффициента теплопередачи по формулам (3а) и (3б):

следовательно, в расчет принимаем коэффициент теплопередачи по формуле (3б).

1.5  площадь поверхности нагрева F, м2 , определяется по формуле:

(4)

где k – коэффициент теплопередачи теплообменника, Вт/(м2×К).

Прямоток: м2.

Противоток:

2  графики изменения температуры теплоносителей и принципиальная схема теплообменника

а) б)

а – прямоточная схема движения теплоносителей;

б – противоточная схема движения теплоносителей

рисунок 1 – график изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена и принципиальная схема теплообменника

3  Вывод

поверхность нагрева при противотоке меньше, чем при прямотоке (5,22 < 5,517), так как средняя температура при противотоке больше, чем при прямотоке (275,86 > 261).

4  ответить на контрольные вопросы

1. какое устройство называется теплообменным аппаратом?

Устройства, предназначенные для передачи теплоты от одной среды к другой, называют теплообменными аппаратами или теплообменниками.

2. какие типы теплообменных аппаратов вы знаете?

Поверхностные теплообменники (рекуперативные и регенеративные), контактные (смесительные), с внутренними источниками теплоты.

3. схемы движения теплоносителей в теплообменных аппаратах?

·  прямоточные теплообменники, когда теплоносители движутся в одном направлении;

·  противоточные теплообменники, когда теплоносители движутся в противоположных направлениях;

·  смешанные теплообменники, когда в одних частях теплообменника – прямоточное движение, в других – противоточное;

·  перекрестные
, когда в теплообменниках теплоносители движутся в перекрестном направлении.

4. какие уравнения положены в основу теплового расчета теплообменнников?

Уравнение теплового баланса и уравнение теплопередачи.

5. какие процессы передачи теплоты происходят в рекуперативном теплообменнике «труба в трубе»?

·  от горячего теплоносителя к внешней стенке внутренней трубы –конвекцией и тепловым излучением;

·  через стенку внутренней трубы – теплопроводностью;

·  от внутренней поверхности внутренней трубы к холодному теплоносителю – конвекцией и тепловым излучением.

6. в каком случае можно рассчитывать коэффициент теплопередач по формулам плоской пластины?

При dвн/dн ≤ 1,5 или когда погрешность, %, при определении коэффициента теплопередачи по формулам для плоской стенки и цилиндрической составляет не более 4% .

Задача № 7

влажный воздух

Обработка воздуха в приточной камере осуществляется с частичной рециркуляцией. в камере процесс смешения воздуха может осуществляться 2-мя способами.

Н – точка наружного воздуха; В – точка внутреннего воздуха;

С – точка смеси

Рисунок 1 – Схема движения воздуха

1-ый способ: наружный воздух смешивается с внутренним воздухом, забираемым из помещения подогревается в калорифере и подается в помещение с температурой tпр, °С.

2-ой способ: если точка смеси лежит в области ниже j = 100 %, тогда наружный воздух предварительно подогревается в калорифере 1-ой ступени до температуры , °C, смешивается с внутренним воздухом, догревается в калорифере 2-ой ступени и подается в помещение с температурой tпр.

исходные данные (таблица 1) и другие данные:

·  массовый расход наружного воздуха Gн, кг/с; его температура tн, °С; и влагосодержание dн = 0,1 г/кг;

·  массовый расход внутреннего воздуха Gв, кг/с; его температура tв, °С; и относительная влажность jв, %.

Определить (с использованием id-диаграммы)

1.точку внутреннего воздуха и все ее параметры: tв, °С; jв, %; dв, г/кг; iв, кДж/кг; tр, °С; рп, Па; tм, °С.

2.точку наружного воздуха и ее удельную энтальпию iн кДж/кг;

3.точку смеси и все параметры смеси: tсм, °С; jсм, %; dсм, г/кг; iсм, кДж/кг; tр, °С; рп, Па; tм, °С.

4.точки приточного воздуха и ее параметры: tпр, °С; jпр, %; dпр, г/кг; iпр, кДж/кг; рп, Па; tр, °С; tм, °С.

5.Количество теплоты на подогрев воздуха, Вт:

1) в прямоточной приточной камере Qпрям;

2) при смешении воздуха:

·  при 1-м способе смешения: Qсм от tсм до tпр, ;

·  при 2-м способе смешения:

–  в 1-й ступени подогрева Q1от t1 до t|1;

–  2-й ступени подогрева Q2 от tсм до tпр; ∑Q = QI + QII.

6.определить экономию расхода теплоты за счет применения смешения воздуха, %.

7.Минимальную температуру внутренней поверхности наружного ограждения для внутреннего воздуха (t2) с целью не допущения образования на ней конденсата.

8.ответить на контрольные вопросы:

·  что такое влажный воздух?

·  характеристики влажности воздуха?

·  что можно определить по id диаграмме?

·  что такое температура точки росы?

·  что такое температура мокрого термометра?

Таблица 1 – исходные данные

Общие теоретические положения

Влажный воздух – это двухкомпонентная смесь, состоящая из сухой части воздуха и водяного пара.

Влажный воздух представляет собой один из частных случаев газовой смеси. для практики представляет интерес влажный воздух при давлениях близких к атмосферному и температурах от минус 50 °С до плюс 100…150 °С. при этих параметрах сухой воздух может находиться только в газообразном состоянии, а вода – в парообразном, жидким или твердом агрегатном состоянии (мельчайших кристалликов воды), в зависимости от температуры смеси. Для рассматриваемых параметров с достаточной для технических расчетов точностью можно рассматривать водяной пар, содержащийся во влажном воздухе как идеальный газ, так же как и сухой воздух.

Смесь сухого воздуха и перегретого водяного пара – это ненасыщенный влажный воздух. Смесь сухого воздуха и насыщенного водяного пара – это насыщенный влажный воздух.

Характеристики влажности

абсолютная влажность D, кг/м3 – единица массы водяного пара Мв. п, содержавшейся в единице объема влажного воздуха Vв. в:

(1)

относительная влажность φ, % – отношение абсолютной влажности к максимально возможной абсолютной влажности при данной температуре воздуха t, °С,

(2)

относительную влажность можно определить также отношениями:

(3)

где ρ и ρнас – плотность водяного пара при температуре t и плотность водяного

пара насыщенного влажного воздуха;

рв. п и рнас – парциальное давление водяного пара при температуре t и парциальное давление насыщенного влажного воздуха.

Если содержание пара во влажном воздухе сохраняется постоянным, а температура воздуха повышается, то относительная влажность воздуха будет уменьшаться, так как с ростом температуры растет парциальное давление насыщения водяного пара.

влагосодержание d, (гв. п)/(кгс. в) – единица массы водяного пара Мв. п (в граммах), содержавшейся в единице массы сухого воздуха Мс. в.

Поскольку влажный воздух – термодинамическая система (двухкомпонентная смесь) поэтому влажный воздух, как рабочее тело, подчиняется законная смеси идеального газа.

если записать уравнения состояния отдельно для водяного пара и сухого воздуха, входящих в объем влажного воздуха:

рв. пvв. п = Мв. пRв. пТв. п;

рс. вvс. в = Мс. вRс. в с. вТс. в.,

и почленно разделить одно уравнение на другое, то получим:

Учитывая что:

· 

·  Rс. в = 287 дж/(кг·град) и Rв. п = 462 дж/(кг·град);

·  давление влажного воздуха (как смеси), Па, по закону Дальтона равно сумме парциальных давлений смеси,

рв. в = рс. в + рв. п.; (4)

·  температура влажного воздуха, К, имеет такое же значение как сухой воздух и водяные пары, так как в этой смеси температура его выравнивается:

Тв. в = Тс. в = Тв. п = Т, (5)

тогда рс. в = рбар – рв. п, получим уравнение для определения, так как давление влажного воздуха близко к атмосферному.

Отсюда влагосодержание: (6)

из уравнения (6) идно, что влагосодержание влажного воздуха d зависит от парциального давления водяного пара рв. п в нем при одном и том же барометрическом давлении рбар, которое в свою очередь зависит от температуры.

степень насыщения ψt – отношение влагосодержания d к максимально возможному влагосодержанию влажного воздуха при данной температуре tнас:

(7)

Если температура влажного воздуха не слишком велика (tв. в ≤ 60 °С), то влагосодержание насыщения тоже – мало [dнас ≤ 30 г/(кг с. в)], а тем более мало парциальное давление насыщения водяных паров (рв. п ≤ 4,5 кПа) по сравнению с нормальным барометрическим давлением (рбар = 101,325 кПа) и поэтому считают, что степень насыщения влажного воздуха равна относительной влажности (ψ = φ).

Параметры влажного воздуха, как смеси идеальных газов

давление уже рассмотрено при определении влагосодержания через давления компонентов, формула (4).

Температуру тоже уже рассмотрена при определении влагосодержания через давления компонентов, формула (5).

масса влажного воздуха, кг, равна сумме произведений массовых долей на массу каждого компонента (gс..в – сухого воздуха и gв. п – водяных паров),

Мв. в = gс. вМс. в + gв. пМв. в, (8)

где gс. в – массовая доля сухого воздуха,