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

 

      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: 

      F_прям=Q/(K*∆t_ср.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: 

      

.

      F_прям=Q/(K*∆t_ср.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 (F_прот = 1,32 м² )<(F_прям = 1,62 м² ), требует для своего изготовления меньших затрат материалов (конструктивный расчет).

      Если  же имеется готовый теплообменник, то при одинаковых условиях получится  Q_прот>Q_прям (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

            

                       Рис. 1. Прямоток.

                             Рис. 2. Противоток.