Задачник по термодинамике (555278), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Вода движется внутри латунных трубок !Х = Г04 Вт/(и К)! диаметром а(аЫ == 14/12 мм со скоростью ш = 1,$ мlс. Греющим теплоносителем служит васыщаемый водяной пар с давлением/т„= =- 127,5 кПа, который конденсируется на внешней поверхности трубок. Тепловые потери в окружающую среду составляют 2 % от подводнмого количества теплоты. Тепловой поток — ТЖ11=8,34 4,187(368 — 293) = При р„= 127,5 кПа: Т„= 380 К; Т' = 2685 кДж/кг !' = 447 кДж/кг; Ма = 1',1/!а) (а" — а')! = 2620/!(2685 — 44?) 0,98! = 1,2 кг/с; тв тщ~\ ат„= ~т', — т' д / (а —,) = т — т",) =(368 — 293)/1п! — '" ! =37,4 К; ~ 11,8/ Тата ы ҄— /аТр/2 = 380 — 37 4/2 = 36! 3 К В первом приближении задаем высоту трубок Н = 2 и.
Физические свойства воды при Т„= 380 К: ),,„=0,684 Вт/(м К); тм — 0,28 10-а маУс р,„=953 кг/и*; г =2242 кДж/кг; х ' = 57,6(м К)-', 9949. 11Р.983.0,98.10-а 1 1 В- —— тРж тат 9242 !Оа.983.0 28.10-а = 1,672 10-$ м/Вт. Для расчета теплоотдачи при конденсации пара вычисляем безразмерный комплекс Е и число Ке([191, формула (ЧШ.24)): Я =(То — Т„о) НА =(380 — 361) 2.57,6 =2!89; Ке =0,952о'о з =0,95(2189)о'о 1,01 =386,8. Поправочный коэффициент е, принимаем равным 1,01 (П91, табл.
Ч1П.1); ао — — — ' 6080 Вт/(и'К). ОТНВ (Ззо — 36!) 2 1,672 1О-о При Т„„=0,5(Т„'1+Т",) =0,5(293+368) =330,5 К т =0,498 10-'м'/с; Л,„=0,665 Вт/(м К);р =984 кг/ма; Ргж = 3 12; йенс = ич!1/тж = !баб 1э2 10 '(0.498 10 ') = =3,62 10о) 10о и режим течения — турбулентный, Перепад температур по толщине стенки оцениваем в 1 К, тогда Тоти — 7 сто — 1 =361 — 1 =360 К' Ргст=йвОЗ; — 21.10-о(3 62.10о)оо.(3 12)олз(3 12/2 03)ото 165. а, =Хи Л !Ы, = 165 0,655/(1,2 10 о) =9 10о Вт/(мо К). Коэффициент теплопередачи Й =1/(1/а,+6/Л+1/ао) =1/(1/(9 1Оо)+ +1 ° 10-'о/104,5+1/(6,08 !0о)! =3,63 кВт/(мо К); о =/оЬТ„= 3,63 10'37,4 10-о= 135,8 кВт/мо. Поверхность нагрева )с = Я/д = 2,62 10'/135,8 = 19,3 м'.
Число трубок в одном ходе 4 8,34 4М, 50 риза! 884 1,8 8,14 (1,2.!О-о)о Всего трубок и = 50 4 = 200. Высота трубок Н = г/(Мори) = 19,3/(З.И ° 1,3.10 ох Х20",) -. 2,37 и, Температуры поверхностей стенок трубки Тс,« =-.҄— с//а«.=37«/,6 — 135,8 !О'/(6,08.10') =-357,3К; Тс», -- Т„,— 06/)»=357,3 — !35,8 10' !О-",!04,5 =- =-356 К. Полученные значения Н, Т„,, Тсм не совпадают с принятыми, поэтому выполняют второе приближение, принимая Н = 2,4 м. Окончательный размер трубок Н = 2,5 м. 20.6. Автомобильный радиатор (рис. 20.4), состоящий из оребрениых трубок сечением! 3,5 х 2,4 мм, отводит 33,52 кДж теплоты в секунду.
Определить число водяных трубок прн т,', Рвс. 20Л Рнс. 20.5 их длине ! = 0,45 м, если коэффивиеит оребрения «р =-- Е»/ /Е, = 2,18; коэффициент теплоотдачи от воды к стенке а, =-- = 2330 Вт/(м'К), толщина стенки 6 = 3 10' м, материал стенки медь (ь = 384 Вт/(м К)1 и коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху а, = 186 Вт/(м» К). Средняя температура воды Т, = 360,5 К, воздуха Т, == 310,5 К.
20.7. Определить поверхность нагрева и число секций водоводяного теплообменппка (рис. 20.5) типа «труба в трубе». Греющая вода движется во внутренней стальной трубе!7 „= = — 45,4 Вт/(м К)! диаметром с(«/с!, == 35/32 мм и имеет температуру на входе Т„,,' =-- 368 К. Расход греющей воды М, = 2130 кгlч. Нагренваемая вода движется противотоком по кольцевому каналу между трубами и нагревается от Т»,.' = 288 К до Т„,," = 318 К.
Внутренний диаметр внешнеи трубы 0 = 48 мм. Расход нагреваемзй воды М, =- 3200 кг/ч. Длина одной секции теплообменника / — — 1,75 м. Потерямк теплоты через внешнюю поверхность теплообменника пренебречь. 300 20.8. Определить коэффициент теплоотдачи от жидкости к стенке змеевика при нитровании толуола в цилиндрическом реакторе (рис. 20.6) диаметром Т) = 900 мм. Температура в реакторе не должна превышать Т =- 308 К.
Содержимое емкости перемешивается пропеллерной мешалкой диаметром а/ =- 300 мм с частотой вращения 150 об/мин Теплофизические параметры жидкости (75% Н,50 ), заполняющей реактор при Т = 308 К: Хм = 0,399 Вт/(м К); Риа. 20.6 Риа. 20.7 ри, =- 63,8 1О-' Н с/м'; с„= 1,886 кДж/(кг К), р,„= = 1665 кг/м'. При Та, = 297 К; р„= 84,4 10-' Н с/ма. Указание. Для расчета теплоотдачи, в случае механического перемешивания жидкости в цилиндрическом сосуде, справедлива следующая зависнмостап Ыци, = 1,0!йе~~'аа Ргж~.
аа (Р /Р )а. ~а где Киа, =(ао/)а,и); Ке =Т)пр,и/(ба ). 20.9. Рассчитать теплоснабжение горячей водой дистилляционного аппарата (рнс. 20.7), для работы которого необходима тепловая мощность в 29,08 кВт. Температура воды в подводящем трубопроводе Т, = 623 К, в отводящем— Т, = 573 К. Коэффициент теплопередачи трубчаткн аппарата /а = 814 Вт/(м'. К) при разности температур ЛТ = = 65 К. Разность уровней центра котла 1 и центра обогреваемого аппарата 2 — 3,5 м, длина соединительного тру- зо~ бопровода с четырьмя коленами 15 м, с(,/Ы, = 35/25 мм. Плотность теплового потока, вырабатываемого генератором, 11,05 кВт/м~.
Р е ш е н и е. Расход воды, протекающей через систему, 36ООМ 28,08 ЗаЮ 500 кг/ч, ср (Т, — Т,) 4,187 (623 — 673) По таблицам Приложения при Т = 623 К находим о' = = 1,74 дм'/кг. При Т„,. = 573 К и' = 1,40 дм'/кг. Средний удельный объем равен 1,57 дм'/кг. Объемный расход цирку- лирующей воды равен о(о = /' = 500 1,57 = 790 дмз/ч = 0,22 дм'/с. При диаметре 25 мм внутреннее сечение трубопровода / = 0,049 дм' и скорость воды п~ = Л(о// = 0,22/ /0,049 4,5 дм/с.
При 573 К р, = = 713 кгlм', при 623 К р,= 575 кг/и', следовательно, р = Нд (р, — р,) = = 3,5 ° 9,81 (713 — 575) = 4738 Па. Условие циркуляции будет выполРис 20.8 няться при р ~ Лр. Поверхность на- грева генератора теплоты может быть апределена по плотности теплового потока: /)//о = 29,08/ /11,05 = 2,65 и"", тогда при диаметре трубки 35/25 мм длина трубок /, = 28 м. Поверхность нагрева в дистилляторе при й = 814 Вт/(м' К) и разности температур /хТ = 65 К равна 0,55 мз или 1, .—.— 5,85 м трубки, Длина соединительных трубок (, = 15 м; 1 = (/з + 1 + /а) = (28 +5,85+15) = 48,85 м; р = 0,5 (р„+ рз)=0,5(575+713) = 644 кг/м', ме = (врЫ)/р, = (0,45 644 0,025)/(85,35 10-') = 84,89Х Х 104; 0,3164 1риР 0,3164 48,86 644 0,46~ кее.за 82 (84 88.10з)е.аа 26,10-э.2 Местные сопротивления четырех колен диаметром 25 мм: 6=1,5 4=6; Ьр =~ — =6 ' =391„2 Па; 2 2 Ь/7 = (бр' + Ь/7") = (2362+391,2) = 2753 Па; р",>бр, следовательно, условие циркуляции выполнено.
п,па- п,пе 0,07 ого ааи оопп апаа 4000 45 Одаа(а г З б а а Няеа/ Р 20ЗО Ряс 20Д 20.10. Определить коэффициенты теплоотдачи в спираль. ном водоводяном теплообменнике (рис. 20.8) тепловой мощностью 130,4 кВт, площадью теплопередающей поверхности г" = 9 м' при среднелогарифмической разности температур Лз и = 5,2 К, толщине стенок 5 мм!Х =46,52 Вт/(м К)!, скорости холодной воды! — 2,2 м/с и горячей 2 — 1,8 м/с, 20.11.
Рассчитать промежуточный холодильник ГТУ (рис. 20.9), если расход влажного воздуха / составляет 90 720 кг/ч, влагосодержание 0,0!5 кг/кг. Температура воздуха на входе 400 К, давление воздуха на входе 273,2 кЛа, расход воды 2 — 18! 300 кг/ч, температура воды на входе 288,б К. Поверхность холодильника — плоские трубы, сплошные ребра. Со стороны воздуха гидравлический радиус канала г„,„= 0,877 мм, отношение поверхности теплообмека к полномУ объемУ 5Рн„х =- 887 м'/м'. Отношение 55(и„/ЗЧе Зп г(е/(г,/з„ 405 Две п,пз оаг аазо 0000 апм ааае обоз апаг аим 45 4 гп зо в' е з (бз) 75 мо ое 5~ ви гп 50 (О 40 40 г «пвв 70 апазов в!07 зе б в в ае огч Рис.
20. З 2 Рнс. 20.!! поверхности ребер к полной поверхности Е „/Р =- 0,845. Отношение свободного сечения к полному (фронтальному) сечению о, =. 0,780; толщина металлического ребра 6= == 0,10!6 мм; материал ребра — алюминиевыйсплав с Х = = !73 Вт/(м К). Длина ребра, равная половине расстояния между трубами, 1= 5,72 мм.
Со стороны воды: внешние размеры сечения трубы !8,7х2,5 мм; внутренние размеры !8,2х2,03 мм. Поверхность ребра, приходящаяся на одну трубу (фронтальное сечение) ~, = 28 10-' м'. Свободное се. чение одной трубы/„=- 3,619 10-эм', внутренний периметр трубы 38,7 мм. Отношение свободного сечения к фронтальному о., = 0,129.
Отношение поверхности теплообмена со стороны воды к полному объему ф„д .— -- 138,2 мам'. Гидравлический радиус канала для прохода воды г„„=0,932 мм. Площадь фронтального сечения на стороне воздуха /ч,р,„,л = 0,991 м'. Площадь фронтального сечения на сторойе воДы /»,„„,л — — 0,295 м'. Общий объем теплообменника Р = = 0,479 м'. Указание. Для решения задачи воспользоваться графиками, приведенными на рис, 20.!О, 20.11, 20. !2 (на рисунках обозначено: / — - коэффициент трения; Š— полная длина поверхности теплообмена; г — гидравлический радиус канала, характерный размер канала, входящий в число Ве, принят равным 4 г; Т,я — средняя температура теплоносителя; ҄— температура внутренней поверхности канала).
Методику расчета теплообменника см. в кинге В. М. Кайса и А. Л. Лондона <Компактные теплообменники» (М.— Л., ! 962). 20.12. Определить, на сколько изменится коэффициент теплопередачи в теплообменнике, у которого стенка из стали заменена стеклянной при а, = 3489 Вт/(м'.К), а, = = 2326 Вт/(м' К). Толщина металлической стенки 6„= = 5 мм Ь„= 27,91 Вт/(м К)), стеклянной 6, = 7 мм 1 Л, = 0,744 Вт/(м К)). ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ ДОМАШНИЕ ЗАДАНИЯ Задание !. ГАЗОВЫЕ СМЕСИ Условия задания. Сосуд разделен адиабатпой перегородкой па четыре части, в каждой нз которых содержатся различные газы. После того как перегородка убрана, происходит так называемое. есмешенне в объеме» без теплообмена с окружающей средой. Состояния газов до смешения характеризуются следующими параметрами; массой т;, кг; объемом Р',е м', температурой Оа, 'С (! =- 1,2, 3, 4), которые приведены в табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
