Расчет требуемого времени при трех значениях среднего коэффициента конвективной теплоотдачи к колбе термометра, страница 5

Подставляя все известные величины в формулу (1) находим :

Вт

Отсюда находим тепловые потери на метр длины:

кВт/м.

Ответ: q_л=13,66 кВт/м.

Условие задачи:

В трубчатом двухходовом воздухоподогревателе парового котла воздух в количестве G₂=21,5 кг/с должен нагреваться от t^’_{ж 2}=30 °C до t^’’_{ж 2}=260 °C .

Определить необходимую поверхность нагрева, высоту труб в одном ходе l₁ и количество  труб расположенных поперек и вдоль потока воздуха.

Дымовые газы (13% CO₂ , 11% H₂O ) в количестве G₁=19,6 кг/с движутся внутри стальных труб (l_с=46,5 Вт/(м*°С)) диаметром d₂/d₁=53/50 мм со средней скоростью w₁=14 м/с. Температура газов на входе в воздухоподогреватель        t^’_{ж 1}=380°С. Воздух движется поперек трубного пучка со средней скоростью  w₂=14 м/с. Трубы расположены в шахматном порядке с шагом S₁=S₂=1,3d₂.

Решение:

В основе расчетных соотношений для данной задачи лежат уравнения конструкторского расчета тепловых процессов в рекуперативном теплообменном аппарате.

Допущения:

1.  Теплообмен стационарный.

2.  Теплообмен излучением отсутствует.

3.  Тепловые потери отсутствуют.

4.  Течение стационарно.

5.  Влиянием сил тяжести можно пренебречь.

Здесь и в дальнейшем условимся, что индекс <1> означает, что данная величина отнесена к горячему газу, а индекс <2> - к холодному.

Обозначение (¢) соответствует данной величине на входе в теплообменник, (“)- на выходе из теплообменника

Найдем среднеарифметическую температуру воздуха:

t_{ж 2}=0,5(t^’_{ж 2}+ t^’’_{ж 2})                                           (1)   [1, стр. 241]

t_{ж 2}=0,5(30+260)=145 ,°С

При этой температуре физические свойства воздуха равны соответственно       [2, стр.219]:

r_ж2=0,884 кг/м³; с_{р ж2}=1,01 кДж(кг*°С); l_ж2=3,52*10^-2 Вт(м*°С); n_ж2=28,3*10^-6 м²/с; Pr_ж2=0.684.

Рассчитаем количество передаваемого тепла:

Q=G₂ с_{р ж2}(t^’’_{ж 2}- t^’_{ж 2})                                       (2)    [1, стр. 443]

    где G-расход массы, кг/с;

           с_р-удельная теплоемкость, кДж(кг*°С);

           t^’’_{ж 2}-температура газа на выходе , °С;

           t^’_{ж 2}-температура газа на входе , °С;

Подставляя данные в формулу (2) получим:

Q=21.5_*1.01_*(260-30)=4995 кВт

Определим температуру газов на выходе из воздухоподогревателя.

В первом приближении принимаем среднюю температуру газов в воздухоподогревателе t_ж1=300°С. При этой температуре с_{р ж1}=1,12 кДж(кг*°С)  [2, стр. 219]

Из формулы (2) выразим температуру газа на выходе:

                                         (3)

Отсюда:

°C

t_ж1=0,5(t^’_ж1+t^”_ж2)=0,5(380+152)=266 °C

При этой температуре с_{р ж1}=1,11 кДж(кг*°С) и в результате второго приближения:

°C

t_ж1=0,5(380+150)=265 °C

При температуре t_ж1=265 °C теплофизические свойства дымовых газов заданного состава равны соответственно  [2, стр. 219]:

r_ж1=0,622 кг/м³; с_{р ж1}=1,11 кДж(кг*°С); l_ж1=0,0454 Вт(м*°С); n_ж1=41,2*10^-6 м²/с;

Pr_ж1=0,66 .

Число Рейнольдса для потока газов:

  , [1, стр. 153]                                  (4)

  где w - скорость потока, м/с;

        d – диаметр трубы, м;

         n - кинематическая вязкость, м²/с;

Подставляя данные находим:

 -режим движения турбулентный

С учетом  рекомендаций [1, стр. 215] для теплоотдачи при турбулентном режиме течения рассчитаем значение числа Нуссельта:

=0,021*Re_ж1^0,8*Pr_ж1^0.43  e_{l *}e_t                                                      (5) 

где Re_{ж 1}– значение числа Рейнольдса;

Pr_ж1- значение числа Прандтля ;

e_l-поправка на изменение коэффициента теплоотдачи на начальном термическом участке;

e_t- поправка на изменение теплофизических свойств.

Согласно рекомендации [1, стр. 187]  для газов e_t»1