В теплообменном аппарате типа «труба в трубе» происходит нагревание газа от t’2 ℃ до t2

При расчете придерживаемся правила: индекс 1 относится к греющему теплоносителю (воде), индекс 2 относится к нагреваемому теплоносителю – газу.
1. Рассчитаем коэффициент теплоотдачи газа.
Параметры нагреваемого теплоносителя находим при определяющей температуре tср2:
tср2=t2'+t2''2
tср2 = 11 + 56 = 33,5 ℃

2


Так как в справочных таблицах нет значений при найденной температуре, теплоемкость нагреваемого теплоносителя находим с помощью интерполяции.
С2 = 2,25 кДж/(кг∙К)
Динамический коэффициент вязкости:
μ2 = 0,02 ·10-3 Па∙с
Коэффициент теплопроводности:
λ2 = 0,034 Вт/(м·К)
Плотность газа при давлении рг и температуре tcp2 рассчитаем, используя формулу пересчета от нормальных условий:
ρ2=ρ0pгT0p0Tг
где ρ0 – плотность газа при нормальных условиях, кг/м3;
Т0 = 273 К; р0 = 0,1 МПа – температура и давление при нормальных условиях.
Плотность газа при нормальных условиях
ρ0 = 0,72 кг/м3

ρ2 = 0,72 ∙ 0,35 ∙ 273 = 2,24 кг/м3



0,1 ∙ 307



Определяем число Прандтля.
Pr2=C2∙μ2λ2
Pr2=2,25∙0,020,034=1,32
Площадь проходного сечения трубного пространства:
S2=π∙d224
d1=d2-2δ=108-2∙4=100 мм
S2=π∙0,124=7,85∙10-3 м2
Скорость газа в трубном пространстве:
ω2=V2S2
ω2=4283600∙7,85∙10-3=15,13 м/с
Находим критерий Рейнольдса для газа.
Re=ω∙d∙ρμ (1)
Re2 = 15,13 · 0,1 ∙ 2,24 = 16954

0,02 ·10-3



Так как Re2 >104, то критерий Нуссельта вычисляем по формуле:
Nu=0,021∙Re0,8Prm0,43
Nu2 = 0,021· 16954 0.8· 1,32 0.43 = 57,2
Определим коэффициент теплоотдачи по формуле:
α2=λ2·Nu2d1 (2)
где λ − коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К);
Nu − число Нуссельта.
Коэффициент теплоотдачи от трубы холодному теплоносителю:
α2 = 0,034 · 57,2 = 19,5 Вт/(м2·К)

0,1


2. Р

В теплообменном аппарате типа «труба в трубе» происходит нагревание газа от t’2, ℃ до t”2, ℃ водой. Газ подается под давлением рг во внутреннюю трубу в количестве Vг, вода в наружную. Температура воды изменяется от t’1, ℃ до t”1. Материал труб – нержавеющая сталь. Определить коэффициенты теплоотдачи газа и воды, температуру стенки теплообменной (внутренней) трубы, коэффициент теплопередачи и необходимую длину труб аппарата. Исходные данные приведены в таблице 14.

Рис.1. Схема теплообменного аппарата.
Таблица 1. Исходные данные:
Вариант Греющий ТН рг,
МПа t’2,
˚C t”2,
˚C V2,
м3/ч t’1,
˚C t”1,
˚C Размер труб Размер кожуха
15 Метан (CH4) 0,35 11 56 428 110 56 108х4 219х6