4.1.1. Примеры
Задача 12.1.
Горячая жидкость (масло) поступает в охладитель с
температурой
1
t
=120
о
С и охлаждается до температуры
1
t
,
о
С. ТемE
пература охлаждающей жидкости (воды) на входе в теплообменник
2
t
=120
о
С.
1.
Определить температуру воды на выходе из охладителя, если
расход масла
G
1
,
кг/ч, расход воды
G
2
,
кг/ч.
2.
До какой температуры будет нагреваться вода, если расходы воE
ды и масла будут одинаковые?
3.
Построить графики распределения температур в охладителе:
а) при движении теплоносителей по схеме противотока;
б) при движении теплоносителей по схеме прямотока.
Потери теплоты не учитывать.
Решение
1.
Определим исходные данные для решения этой задачи (см. прил.1,
вариант 0):
жидкость – трасформаторное масло с температурами
1
t
=120
о
С,
1
t
=31
о
С,
2
t
=20
о
С,
G
1
=10
4
кг/ч,
G
2
=2·10
4
кг/ч.
2.
Находим среднюю температуру масла:
1
1
cp1
120 31
75,5
2
2
t
t
t
о
С.
3. По величине
cp1
t
и
2
t
по (см. прил.2, табл.VII и табл.II)
выписываем значения удельной теплоемкости для масла и воды:
с
1
=1,99
кДж/(кг·К); с
2
=4,19
кДж/(кг·К).
4. Из уравнения теплового баланса (4.1) выражаем значение темпеE
ратуры воды на выходе из охладителя:
4
4
2
2
1 1
1
1
2 2
(
) / (
) 20 1,99 10 (120 31) / 2 10 4,19 29
t
t
G c t
t
G c
о
С.
74
5.
При равных расходах воды и масла получаем:
2
2
1
1
1
2
(
) /
20 1,99(120 31) / 4,19 38,5
t
t
c t
t
c
о
С.
6.
Для построения графика распределения температур в охладителе
по оси
Х
откладываем произвольное значение площади поверхности
теплообмена F , а по оси
Y – значения температур теплоносителей,
причем при прямотоке слева откладываем значения температур перE
вого теплоносителя – на входе, второго – на выходе; справа – темпеE
ратуру первого теплоносителя на выходе, второго – на входе в охлаE
дитель (рис.4.2 и 4.3).
а
б
Рис. 4.2. К задаче 12.1. Температурный график для
1
2
G
G
:
а – прямоток; б – противоток
Рис. 4.3. К задаче 12.1. Температурный график для
1
2
G
G
:
а – прямоток; б – противоток
75
Задача 12.2.
В воздухоподогревате воздух нагревается от темпеE
ратуры
2
t
до температуры
2
t
=220
о
С, а горячие газы охлаждаются от
температуры
1
t
до температуры
1
t
=270
о
С.
1. Определить среднелогарифмический температурный напор для
случаев движения по прямотоку и противотоку.
2.
Определить среднелогарифмический температурный напор, если
газ и воздух движутся по схеме «перекрестный ход».
3.
Сравнить полученные результаты и построить температурные
графики.
Решение
1.
Определим исходные данные для решения этой задачи (см. прил.1,
вариант 0).
Номер схемы «перекрестный ход» – №1.
1
t
=400
о
С,
1
t
=270
о
С,
2
t
=20
о
С,
2
t
=220
о
С.
2.
Среднелогарифмический напор при прямотоке найдем по формуE
ле (4.5), для этого построим температурный график (рис.4.4):
б
1
2
t
t
t
;
м
1
2
t
t
t
,
1
2
1
2
1
2
1
2
(
) (
)
(400 20) (270 220)
70,5
380
(
)
ln
ln
50
(
)
t
t
t
t
t
t
t
t
t
о
С
.
3.
Среднелогарифмический
напор
при
противотоке
рассчитаем
по
формуле
(4.5)
с
учетом
другого
температурного
графика
(
рис
.4.4):
б
1
2
t
t
t
;
м
1
2
t
t
t
1
2
1
2
1
2
1
2
(
) (
)
250 180
172
250
(
)
ln
ln
180
(
)
t
t
t
t
t
t
t
t
t
о
С
.
4.
Среднелогарифмический
напор
при
«
перекрестном
ходе
»
тепло
E
носителей
по
схеме
1 (
рис
.4.5)
определяем
по
номограмме
(
см
.
прил
.3,
рис
. IEXI)
в
зависимости
от
параметров
P
и
R
:
(220 20) / (400 20) 0,53
P
,
(400 270) / (220 20) 0,65
R
,
0,94 .
Тогда
в
соответствии
с
формулой
(4.7)
получим
:
прот
пер
0,94 172 161,7
t
t
о
С
.
76
а
б
Рис. 4.4. К задаче 12.2. Температурный график:
а – прямоток; б – противоток
Рис. 4.5. К задаче 12.2. Схема перекрестного хода
5.
Наибольший
температурный
напор
,
а
следовательно
,
лучшие
характеристики
теплообмена
получены
при
движении
теплоносителей
по
схеме
противотока
:
прот
пер
прям
t
t
t
.
77
Задача 12.3.
Определить
площадь
поверхности
нагрева
водяного
экономайзера
,
в
котором
теплоносители
движутся
:
а
)
по
противотоку
;
б
)
по
прямотоку
,
если
известны
следующие
величины
:
температура
газов
на
входе
1
t
,
расход
газов
G
1
,
т
/
ч
,
температура
воды
на
входе
2
t
,
расход
воды
G
2
,
т
/
ч
.
Количество
передаваемой
теплоты
Q=
30
МВт
,
коэффициент
теплопе
E
редачи
от
газов
к
воде
k=
80
Вт
/(
м
2
·
К
).
Потери
в
окружающую
среду
не
учитывать
.
Решение
1.
Определим
исходные
данные
для
решения
этой
задачи
(
см
.
прил
.1,
вариант
0):
1
t
=430
о
С
,
2
t
=40
о
С
,
2
t
=220
о
С
;
G
1
=300
т
/
ч
=83,3
кг
/
с
;
G
2
=150
т
/
ч
=41,6
кг
/
с
.
2.
По
начальной
температуре
газов
и
воды
находим
из
таблиц
значения
удельных
теплоемкостей
теплоносителей
:
1
1,152
c
кДж
/(
кг
·
К
);
2
4,174
c
кДж
/(
кг
·
К
).
3.
По
уравнению
теплового
баланса
(4.1)
вычисляем
конечную
температуру
газов
:
1 1
1
1
(
)
Q
m c t
t
,
1
1
1 1
/ (
) 430 30000 / (83,3 1,152) 221,6
t
t
Q
G c
о
С
.
4.
По
уравнению
теплового
баланса
(4.1)
находим
конечную
тем
E
пературу
воды
2
2
2 2
/ (
) 40 30000 / (41,6 4,174) 155,2
t
t
Q
G c
о
С.
5.
Строим
температурные
графики
для
схем
противотока
и
пря
E
мотока
(
рис
.4.6)
прот
пер
прям
t
t
t
.
6.
Среднелогарифмический
напор
для
противотока
б
390
t
о
С
;
м
66,4
t
о
С
,
прот
390 66,4
79,6
390
ln
66,4
t
о
С
.
78
а
б
Рис. 4.6. К задаче 12.3. Температурный график:
а – прямоток; б – противоток
7.
Среднелогарифмический
напор
для
прямотока
б
274,8
t
о
С
;
м
181,6
t
о
С
,
прям
274,8 181,6
97,75
274,8
ln
181,6
t
о
С
.
8.
Находим
площадь
поверхности
водяного
экономайзера
при
дви
E
жении
теплоносителей
по
схеме
противотока
:
1
прот
30000
4,71
79,6 80
Q
F
t
k
м
2
.
9.
Определяем
площадь
поверхности
водяного
экономайзера
при
движении
теплоносителей
по
схеме
прямотока
:
2
прям
30000
3,83
97,95 80
Q
F
t
k
м
2
.
Задача 12.4.
Как
изменится
площадь
поверхности
теплообмена
во
E
дяного
экономайзера
из
задачи
12.3,
если
расход
греющего
теплоно
E
сителя
увеличится
в
2
раза
,
при
том
же
значении
его
конечной
температуры
?
79
Решение
1.
Исходные
данные
возьмем
из
задачи
12.3.
2.
Определим
количество
отданной
теплоты
по
уравнению
тепло
E
вого
баланса
(4.1):
1 1
1
1
(
) 166,6 1,152(430 221,6) 39996,8
Q G c t
t
кВт
.
3.
Рассчитаем
конечную
температуру
нагреваемой
воды
:
2
2
2 2
/ (
) 40 39996,8 / (41,6 4,174) 270,3
t
t
Q
G c
о
С
.
4.
Строим
температурные
графики
для
схем
противотока
и
пря
E
мотока
(
рис
.4.7)
прот
пер
прям
t
t
t
а
б
Рис.4.7. К задаче 12.4. Температурный график:
а – прямоток; б – противоток
6.
Среднелогарифмический
напор
для
противотока
б
181
t
о
С
;
м
150
t
о
С
,
прот
181 150
71,7
181
ln
150
t
о
С
.
7.
Среднелогарифмический
напор
для
прямотока
б
390
t
о
С
;
м
49
t
о
С
,
прям
390 49
71,5
390
ln
49
t
о
С
.
80
8.
Находим
площадь
поверхности
водяного
экономайзера
при
дви
E
жении
теплоносителей
по
схеме
противотока
:
1
6972,9
F
м
2
.
9.
Определяем
площадь
поверхности
водяного
экономайзера
при
движении
теплоносителей
по
схеме
прямотока
:
2
6992,45
F
м
2
.
4.1.2. Контрольные задачи
Задача 12.5.
Масло
марки
МС
поступает
в
маслоохладитель
с
температурой
ж1
t
=70 °
С
и
охлаждается
до
температуры
ж1
t
=30 °
С
.
Температура
охлаждающей
воды
на
входе
ж2
t
=20 °
С
.
Определить
температуру
воды
на
выходе
из
маслоохладителя
,
если
расходы
масла
и
воды
равны
соответственно
G
1
=1·10
4
кг
/
ч
и
G
2
=2.04·10
4
кг
/
ч
.
Потерями
теплоты
в
окружающую
среду
пренебречь
Ответ:
ж2
t
=
30 °
С
.
Задача 12.6.
До
какой
температуры
будет
нагреваться
вода
в
маслоохладителе
,
если
расходы
масла
и
воды
будут
одинаковыми
:
G
1
=G
2
,
а
температуры
ж1
t
,
ж1
t
,
ж2
t
такими
же
,
как
в
задаче
12.5?
Ответ:
ж2
t
=40,4°C.
Задача 12.7.
В
противоточный
водо
E
водяной
теплообменник
,
имеющий
площадь
поверхности
нагрева
F=
2
м
2
,
греющая
вода
посту
E
пает
с
температурой
ж1
t
=
85 °
С
;
ее
расход
G
1
=2000
кг
/
ч
.
Расход
нагре
E
ваемой
воды
G
2
=1500
кг
/
ч
и
ее
температура
на
входе
в
теплообменник
ж2
t
=
25 °
С
.
Определить
количество
передаваемой
теплоты
и
конечные
темпе
E
ратуры
теплоносителей
,
если
известно
,
что
коэффициент
теплопере
E
дачи
от
нагретой
воды
к
холодной
k
=1400
Вт
/(
м
2
·°
С
).
Ответ:
Q=
69,8
кВт
;
ж1
t
=55°
С;
ж2
t
=
65°
С
.
4.1.3. Контрольные вопросы
1.
Что
называется
теплообменным
аппаратом
?
Каково
его
назна
E
чение
?
2.
Как
можно
разделить
теплообменные
аппараты
по
принципу
их
действия
?
3.
Какие
существуют
типы
расчетов
теплообменников
?
81
4.
Запишите
уравнения
теплового
баланса
и
теплопередачи
для
теплообменника
.
5.
Назовите
основные
схемы
движения
теплоносителей
в
теплооб
E
менниках
.
6.
Как
определить
среднюю
разность
температур
теплоносителей
?
7.
Когда
можно
пользоваться
среднеарифметической
разностью
температур
теплоносителей
вместо
среднелогарифмической
?
8.
Объясните
принцип
расчета
конечных
температур
тепло
E
носителей
в
теплообменных
аппаратах
.
9.
Что
называется
водяным
эквивалентом
теплоносителя
и
как
он
влияет
на
характер
изменения
температуры
теплоносителей
вдоль
поверхности
теплообмена
?
10.
Каковы
преимущества
противотока
перед
прямотоком
?
11.
При
какой
схеме
движения
тепловой
поток
,
передаваемый
от
одного
теплоносителя
к
другому
в
теплообменном
аппарате
,
будет
больше
?
Ответ
пояснить
с
помощью
аналитических
зависимостей
.
82
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.
Дульнев
,
Г
.
Н
.
Основы
теории
тепломассообмена
[
Текст
] /
Г
.
Н
.
Дульнев
,
С
.
В
.
Тихонов
. –
СПб
.:
СПбГУИТМО
, 2010.
2.
Чередниченко
,
В
.
С
.
Теплопередача
[
Текст
]:
учеб
.
пособие
для
вузов
:
в
2
ч
. –
Ч
. 1:
Основы
теории
теплопередачи
/
В
.
С
.
Чередниченко
[
и
др
.];
под
ред
.
В
.
С
.
Чередниченко
. – 2E
е
изд
.,
перераб
.
и
допол
. –
Новосибирск
:
Изд
E
во
НГТУ
, 2008.
3.
Аметистов
,
Е
.
В
.
Основы
теории
теплообмена
[
Текст
] /
Е
.
В
.
Аме
E
тистов
,
Г
.
Я
.
Соколов
,
Е
.
С
.
Платунов
. –
М
.:
Изд
E
во
МЭИ
, 2000.
4.
Бойков
,
Г
.
П
.
Основы
тепломассообмена
[
Текст
] /
Г
.
П
.
Бойков
,
Ю
.
В
.
Видин
,
В
.
Н
.
Журавлев
. –
Красноярск
, 2000.
5.
Теплотехника
[
Текст
]/
под
общ
.
ред
.
В
.
Н
.
Луканина
. –
М
.:
Высшая
школа
, 2002.
6.
Краснощеков
,
Е
.
А
.
Задачник
по
теплопередаче
[
Текст
]:
учеб
.
пособие
для
вузов
/
Е
.
А
.
Краснощеков
,
А
.
С
.
Сукомел
. –
М
.:
Энергия
,
1980.
7.
Кутателадзе
,
С
.
С
.
Теплопередача
и
гидродинамическое
сопротив
E
ление
[
Текст
]:
справ
.
пособие
/
С
.
С
.
Кутателадзе
. –
М
.:
Энергоатомиз
E
дат
, 1990.
8.
Михеев
,
М
.
А
.
Основы
теплопередачи
[
Текст
] /
М
.
А
.
Михеев
,
И
.
М
.
Михеева
. –
М
.:
Энергия
, 1980.
9.
Исаченко
,
В
.
П
.
Теплопередача
[
Текст
] /
В
.
П
.
Исаченко
,
В
.
А
.
Оси
E
пова
,
А
.
С
.
Сукомел
. –
М
.:
Энергоиздат
, 1981.
10.
Фокин
,
В
.
М
.
Основы
технической
теплофизики
[
Текст
]:
мо
E
ногр
. /
Достарыңызбен бөлісу: |