Задачник по термодинамике (555278), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Средняя температура газов в пучке 1173 К. Определить козффициент теплоотдачи излучением от газа к стенкам труб, имеющим степень черноты е„ = 0,9 н температу- 10' ру Т„== 673 К. Наружный диаметр труб д = 38 мм, поперечный шаг з, =- 78 мм, продольный шаг з, =- 64 мм. 37казанве. Ллина луча в трубных пучках рассчитывается по формуле '! 0 д ~( 4 1м 1) (я ~Р Р е ш е и и е. Эффективная длина луча 1.„а —— 0,9с(! — — '' ' — 1) =0,9 0,038 х ( л Ф х ~ — ' ' — 1) =-0,117 м. 4 0,076 0,064 2,14 0,036"" Произведение парциальных давлений газов на длину луча при полном давлении газов, равном Р„= Р 0 + Раар~м = = 0,28+ 0,102=0,382 МПа: Рсо,! в =0,382 10~.0,087 О,!!7 =0,429 104 м ° Па; Лн,о(эв =0,382 1О".0,18 0,117 =0,887 10' и Па.
Степени черноты, поглощательные способности и поправочный коэффициент для каждого из излучающих газов находим'из графиков (см. рис. !9.1, 19.2, 19.3): есо, = 0,084; ен,о = 0*111; Асо, = 0079; Аи,о = 0160; р =- 135. Степень черноты и поглощательная способность смеси газов: ег =есо, +Реп,о =0,084 + 1,35 0,111 =0,233; А, = Асо, +Ми о =0 079 + 1,35 0,160 =О 295. Тепловосприятие труб за счет лучистого теплообмена — 5,6.10 — в(0 233.11734 0 295 673') 2 =2Р 400 ВтУм'. Условный коэффициент теплаотдачи излучением гхп —— 0,7(Т, — Т„) =20 400/(1173 — 673) = 41. Вт7(м'.К), 19.18. Как изменится коэффициент теплоотдачи излучением в условиях задачи !9.17, если в результате перехода иа сжигание угля вместо газа содержание углекислого газа в продуктах сгорания увеличится до 12,6 ')6, водяного пара уменьшится до 7,7 %, а средняя температура газов понизится до 1023 К? 19.19.
Определить количество теплоты, которое воспринимает воздух, охлаждающий стенку камеры сгорания газовой турбины, сели считать, что теплота передается стенке нонвекцией от газов, заполняющих камеру сгорания, и излучением от пламени. действительная форма и размеры которого заменяются условным цилиндром с размерами, показанными на рис. !9,4, где изображена условная расчетная схема камеры сгорания. Температура пламени 2073 К, температура газов, омывающих стенку, 1300 К, температу- гза ра стенки 973 К, степень черноты е„= 0,85 Сюстав ~ сэ, З газов в пламени в объем- ' а ных долях: 13,7 % СО,, 12,6 % Н,О, остальное— неизлучающие газы. Полное давление 0,8 МПа, Рис.
!9.4 коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами в полусветящемся пламени принять равным К, == 3,411(м МПа). Коэффициент теилоотдачи конвекцней принять равным 120 Втг(мэ. К). Найти также коэффициент теплоотдачи излучением и суммарный коэффициент теплоотдачи к стенкам камеры от газов. Р е ш е и н е. Представляя задачу как задачу лучистого теплообмена между выпуклым телом (пламя) и окружающей его оболочкой (стенка и торцы камеры сгорания), количество теплоты, воспринимаемой стенкой за счет излучения, выразим как (19.3) где г „э =: — и. 0,2 0,45 -1- и 0,2'14 =.
0,314 м' — поверхность пламени; Рс, - - п.0,4 0,85 — — — 1,07 м' — боковая поверхность стенки камеры сгорания; Еч„„, — — 1,07+2п 0,4'/4 =- = 1,32! м'; — полная поверхность камеры сгорания; е"г ' (19.4) — + "( — -!) — приведенная степень черноты системы пламя — стенка. В свою очередь, степень черноты пламени выражается как ечх = 1 — ехр ( — Кп1), (!9.5) зчз где ! = 3,6$' /Р», = 3,6 ° 0,785 ° 0,2э 0,45/!н.0,2 0„45+ + 2 0,785-0,2э) = 0,162 м — эффективная длина луча в пламени; К = К, + К, — суммарный коэффициент ослабления лучей трехатомными газамн К, н сажистыми частицами К, в пламени. Для нахождения коэффициента ослабления лучей трехатомными газами представим степень черноты трехатомных газов в виде е„= 1 — ехр ( — К о!), (19.6) откуда К„= — 1п (! — е„)/(р!).
(19,7) Степень черноты газов находим с помощью графиков (см. рис. 19.1, 19.2, 19.3), предварительно вычислив необходимые величины: рс,о!=0,8 1О' О.!37 0,162=0,178 10'м Па; рн.о! =0 8 10'О 126 0,162= 0,163 10' и Па; ес,о=0,058; ен,о=0,062; () =1,27. По формулам (!9.6), (19.7) вычисляем е„и К„: аг = 0*058+! 27 0*062 = 0 137; К„= — !п (! — 0,137)/0,8.0,162 = 1,14 (и Па)"ь, К = К„+ К, = 1,14 + 3,4 = 4,44 (м Па)-'. , По формулам (!9,5), (19.4) и (19.3) находим е, аар ().: е,„= 1 — ехр ( — 4,44 0,8 0,162) = 0,435; еэр = 1/!1/0,435+0,314/1,325 (1/0,85 — 1)! = 0„426; Ял = 0,314 0,426.5 67.10-в (2073э 973') = 107,4 кВт.
. Количество теплоты, переданное конвенцией, Ц„=р„а„(҄— Т„) =1,07 120(!300 — 973) =41,9 кВт. Суммарное количество теплоты + г/„= !07,4+41,9=149,3 кВ . Коэффициент теплоотдачи излучением а,„=()„/[Р„(҄— Т„)) =107 400/(1,07 (1300 — 973)) = =307 Вт/(м*.К); суммарный— а аа + а„120 + 307 = 427 Вт/(м'К). глава м ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ ,20.!. В трубчатом двухходовом воздухоподогревателе парового котла (рис. 20.1) воздух с расходом Ми = = 21,5 кг(с должен нагреваться от температуры Тжи' = = 303 К до Т," == 533 К. Определить необходимую поверхность нагрева, высоту труб в одном ходе !, и число труб, расположенных поперек и вдоль потока воздуха.
Дымовые газы (состав в объемных долях: 13 % СОи, 11 бй Н,О; расход М, = = 10,6 кг/с) движутся в стальных трубах [Х = 46,5 Вт/(м К)! диаметром йи(б, = 53/50 мм со средней скоростью ш, = 14 м(с. Температура газов на входе в воздухоподогреватель Ти,' = 653 К. Воздух движется поперек трубного пучка со средней скоростью в узком сечении пучка ши = 8 м(с. Трубы расположены в шахматном порядке и с шагом з1 =- зи = 1.3 Ни. Р е ш е н не.,Т,=0,5 (Т' и+ Рис. 20Л + Тим ) = 0 5 (303+ 533) = 418 К. При этой температуре физические параметры воздуха: р = =0,844 кг/м', ср —— 1,01 КДж/(кг К); Х=З,52*10 * Вт((м К]; и = 28,3 10-' мй(с; Рг = 0,684.
Количество переносимой теплоты (/ =Миср(Т и — Т и) =21,5 1,01(533 — 303) = =5!О кВ. Принимаем среднюю температуру газов в воздухопо. догревателе Т „„= 573 К. При этой температуре ср = 1,12 кДж/ (кг К); Т" ~ Т' ~ — ®(М с ) =653 — 5 1Ои/!12,6 1,12) =425 К; Тм1 —— 0,5(Т' ~+Т ы] 0,5(653+425) =530 К; р =0,622 кг(м*', ср — — 1,11 кДж/(кг К); Х = 45 4.10-' Вт/(м К); и = 41,2 10-' мз/с', Рг = О 66; ке,и, =ш,А,/т = — =17 1О'ь10и. 41,2.!0- = 296 Ыпвз 21,10-з Яез,з Ргз,4з =21 1О- Н,7.1О)з.з(О,66):=43,5 а,=Хо з,Я = 43,5 45,4 10-'/(5 10-') =39,5 Вт/(и'.К).
Для потока ноэдуха 1!е =азиз/з =-8 53 !О-з/(28,3 10-') =15 !Оз. Число Нуссельта при поперечном потоке Мн,„з — — 041 Вез зРгз,зз 041(1 5.10')з,з х х (О,684)'» =1!5; а, =Ми Э./з( =115 35,2 10-з/(53 1О-з) = 76,2 Вт/(мз.К). Коэффициент теплопередачи й = 1/(1/а„+ 6,/Х, + 1/а,) =- 1/[!/39,5 + (1,5 10-')/ /46,5+1/76,2) = 26 Вт/(мз К). Средний температурный напор ЛТ„„= ЬТзр —— = 538 — 418=120 К; Р =-(7,"„, Т:,„,)/(Т;„, — Т;„,) =-(533 — 303)/(653 — 303) = = 0,658; /7 = (Т- '1 — ТЖ1)/(Т" з — Т' г) = (653 — 425)/ /(533 — 303) .—: 1.
По графикам (рис. 20.2) для рассматриваемой схемы теп. лоносителя: 0 88~ /зТ = зЛТзрзз = 0'88'120 '=' 105 5 К 1,0 и а йг йе йл а,/! /,о р .гог Поверхность нагрева воздухоподогревателя г' = 9 /(ИТ) = 5 10'/(26 105,5) = 1830 м'. Общее число труб п =- 4/И,/(р, пД ~а,) = 4 19,6/[0,662 3,14 !5. 10-т) 141 = 1080. Высота труб в одном ходе 1, = р /(2п4п):= 1830/(2 3,14 5 10-з 1080) = 5,4 и. Сечение для прохода воздуха / = /И,/(рв) = 21,5/(0,844 8) = 3,2 и'. Число труб, расположенных поперек потока л, = //1/, (з, — д,) =- 3,2/15,4 (1,3 0,053 — 0,053)1 ~ 38. Число труб, расположенных вдоль потока, л, = л/л, =- 1080/38 29.
20,2. Определить поверхность излучателя, необходимую для отвода отбросной теплоты от ядерной энергетической установки мощностью й/ = 35 кВт, размещенной на искусственном спутнике Земли. К.п.д. установки ц = — 8,8%, через излучатель циркулирует эвтектическнй сплав Ыа — К с расходом /И = 14 600 кг/ч, имеющий температуру на входе в излучатель Т' =- 624 К. Эффективная температура космического пространства вблизи Земли может быть принята равной 300 К. 20.3.
В парогенераторе атомной электростанции вырабатывается 57 т/ч водяного пара при давлении 1,37 МПа и температуре 586 К. Первичным теплоносителем служит углекислый газ, поступающий в парогенератор с расходом 750 т/ч при температуре 6!3 К. Определить температуру углекислого газа на выходе нз парогенератора, если температура питательной воды, поступакхцей в парогенератор, составляет 38! К.
20.4. Определить объемный расход водорода, поступающего ири давлении 3,0 МГ!а в камеру сгорания водородно- кислородного ЖРД после того, как он используется для охлаждения стенок сопла двигателя. Массовый расход водорода 2 кг/с, температура водорода на входе 20 К, его средняя теплоемкость 13,2 кДж/(кг К). г, 1гт Ряс. 2О.З Р е ш е н н е. = М, ср(Тж =2620 кВт, 20.5. Определить основные размеры вертикального четырехходового пароводяного трубчатого теплообменника (рис, 20.3), предназначенного для нагрева Ма = 8,34 кг/с воды от температуры Т„'1 = 293 К дО Т~~ = 368 К.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
