Расчет проектных параметров аппарата для работы с эффективностью 0,85 и температурного поля теплоизолированной наружной стенки в пусковой период

Привести в порядок эту часть, т.е.

1) все формулы должны быть набиты. Рисунки  сделать нормальными.

2) Эту часть считать аналитическим решением и его нужно дополнить решением по МКЭ.

Аналитическое решение

1 Формулировка задачи

        Рассчитать проектные параметры аппарата, для работы с эффективностью =0.85 и температурное поле теплоизолированной наружной стенки в пусковой период. Проанализировать возможные способы повышения теплового КПД теплообменника.

2 Расчетная схема

 

                      ст    

 

                                                                                           5см

 

                                                                                           5см

 

                30                              48

 

3 Предварительные вычисления

  Тг'=410С, Тх'=194С, Р'=0,2МПа, mг*=0,44кг/с, mx*=0,58кг/c.

  Горячая среда – 78N2+22CO2 об%,

  Холодная среда – воздух,

  Тип аппарата – пластинчатый, 

  V=10м/c, Mco2=44, MN2=28.

  Найдем Ср для 78N2+22CO2 .  N2/CO2=(78/22)*( MN2/ Mco2)=2,25.

Обозначим N2 – х, CO2 – (1-х) и найдем х.

  х/(1-x)=2,25  x=2,25-2,25x x=0,7.

   Найдем Ср. Ср=0,7СрN2+0,3СрСО2 (СрN2=1045Дж/кгк, СрСО2=2,29кДж/кгк).

Ср=0,7*1045+0,3*2290=1418,5 Дж/кгк

Найдем Срвоздуха. Срв=1030 Дж/кг*к

Найдем  

;    ;

          

Найдем плотность горячей среды:

Найдем площадь проходного сечения:

 

                                                                                                   5

                 

                         48                                                 48                               

Для горячего газа имеем две ячейки (5х48)

Найдем площадь проходного сечения для холодного газа (воздуха):

 

                                                                                 5      

                      30                               30

Для холодного газа имеем две ячейки (5х30).

4. Решение:

   Вычислим коэффициент теплопередачи В

Расчет давлений

 

  Найдем толщину теплоизоляции

 

     коэффициенты с и n смотрим в таблице приложения к лекции №7 (с=0,135; n=1/3).

    Нестационарная задача:

Время прогрева стенки теплоизоляции =50с.

Вывод.

Таким образом, проектные параметры аппарата, для работы с эффективностью =0.85 будут следующие. Для горячего газа имеем две ячейки (5х48). Для холодного газа имеем две ячейки (5х30). Высота теплообменника h=1,05 м, что соответствует возможному реальному размеру теплообменника для этих целей. В пусковой период время прогрева стенки теплоизоляции =50с.

     Для увеличения КПД теплообменника можно проделать следующие шаги в этом направлении. Увеличим количество ячеек, как для холодной, так и для горячей среды. Можно попробовать сделать не по две ячейки для каждой среды, а по четыре. Этим мы значительно увеличим скорость теплообмена в аппарате. Это произойдет из-за увеличения площади соприкосновения холодного и горячего потоков, что соответственно ведет к увеличению потока тепла в единицу времени и более быстрому охлаждению горячего потока. Можно попробовать изменить геометрию ячеек теплообменника. Например, сделать ячейки с круглым сечением. Но это может и не привести к ожидаемому результату и зависит от конкретной формы теплообменника. Можно также  попробовать уменьшить толщину стенки ячеек в местах их соприкосновения. Но тут мы целиком зависим от решения задачи прочности. Например, для повышения этой самой прочности можно выбрать материал с большим коэффициентом прочности.

     Таким образом, можно сделать вывод, что для увеличения КПД этого теплообменника необходимо проводить дальнейшие исследования.  

Рассмотрим пример использования подпрограмм пакета.