Определить площадь поверхности нагрева газоводяного рекуперативного теплообменника

Для заданного диаметра труб и толщины стенки трубы можно считать тонкостенными и при решении задачи можно условно считать стенку плоской, так как:
d2d1=d1+2δстd1=5250=1,04<2
1. Определим коэффициент теплопередачи от газов к воде К.
1K=1α1+δстλст+1α2=
1 + 0,001 + 1 = 0,02859 м2·К /Вт

37
62
37


Коэффициент теплопередачи от воздуха к воде
К = 1 = 35,0 Вт

0,02859

м2·К
2. Для решения задачи воспользуемся уравнением теплового баланса теплообменника.
К·F·ΔТс.л = Gв∙Cв∙(t’2 – t“2)
В этой формуле: F − поверхность теплообмена. Cв = 4200 Дж/( кг·К) - средняя массовая теплоемкость воды.

ΔТс.л − среднелогарифмический температурный напор в теплообменнике.
Среднелогарифмический температурный напор в теплообменнике зависит от схемы движения теплоносителей.
3. Противоточная схема. Изображаем график изменения температур теплоносителей.
6858006413500t
6858003175000320040031750006858004191000t’1
Газы
68580013843000t”1
6858001308100068580014097000
t”2
Вода
6858006223000t’2
68580012636500Х
Рис. 5.1. График изменения температур теплоносителей при противоточной схеме теплообмена.
Максимальная разность температур между теплоносителями:
Tmax = t”1 – t’2 = 460 – 10 = 450 ˚C
Минимальная разность температур между теплоносителями:
Tmin = t'1 – t"2 = 660 – 110 = 550 ˚C
Средний логарифмический напор:
ΔТс.л = Tmax – Tmin = 450 – 550 = 498,3 ˚C

ℓn Tmax
ℓn 450



Tmin

550

Охлаждающая поверхность:
Fпрот = V∙Cв∙(t”2 – t’2) = 1600 ∙ 4200 ∙( 110 – 10 ) = 10,71 м2

3600∙К·ΔТс.л
3600∙ 35,0 · 498,3


4. Определим также поверхности теплообмена при выполнении теплообменника по прямоточной схеме и при сохранении осталь

Определить площадь поверхности нагрева газоводяного рекуперативного теплообменника, работающего по противоточной схеме. Греющий теплоноситель – дымовые газы с начальной температурой tг’ и конечной tг. Расход воды через теплообменник — Gв, начальная температура воды – tв’, конечная – tв. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке трубы - г и от стенки трубы к воде в. Теплообменник выполнен из стальных труб с внутренним диаметром d = 50 мм и толщиной стенки = 1 мм. Коэффициент теплопроводности стали = 62 Вт/(мК). Стенку считать чистой с обеих сторон. Данные для расчетов взять из таблицы 3.4.
Определить также поверхности теплообмена при выполнении теплообменника по прямоточной схеме и при сохранении остальных параметров неизменными.
Для обеих схем движения теплоносителя (противоточной и прямоточной) показать без расчета графики изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена. Указать преимущества противоточной схемы.
Исходные данные:
Вариант αг, Вт/(м2·К) αв, Вт/(м2·К) Gв,
кг/ч t'1, ˚C t”1, ˚C t'2, ˚C t”2, ˚C
02 37 645 1600 660 460 10 110