Исходные данные Массовый расход М1= 35 кг/с, Температура газа на входе в АВО t1=80°C, Давление газа

Исходные данные Массовый расход М1= 35 кг/с, Температура газа на входе в АВО t1=80°C, Давление газа Р1=4,0 МПа, Температура воздуха на входе в аппарат τ1=10°С , Расход воздуха V=290 103 м3/ч=(290 103/3600)= 80,56 м3/с Для расчета принимается АВО типа АВЗ: число секций -6 шт. в каждой секции - 6 рядов труб длиной - 8м, которые образуют один ход со стороны газа; поверхность теплообмена Нсек=1250м. Нап=7500м ; коэффициент оребрения - φ= 14,6; число вентиляторов на один аппарат - 1 шт. Геометрические характеристики оребренных труб: диаметр оребрения - DoF,=56 мм; наружный диаметр труб – dн 28 мм; внутренний диаметр труб – dвн=22 мм; высота ребра - h=14 мм; толщина ребра - δ=0,85 мм; шаг ребер- t=2,5мм теплопроводность ребер - λ=50 Вт/(м К)

1) Принимаем температуру метана на выходе равной t2=48°C
2) Средняя температура метана
tсрCH4=80+482=64,0 ℃
3) Теплофизические свойства метана при tсрCH4=64,0 ℃
cp1=2400Джкг*К
4) Теплофизические свойства воздуха при τ1=10℃
cp2=1005Джкг*К
ρ2=1,245кгм3
5) Из уравнения теплового баланса выражаем температуру воздуха на выходе t2''
Q=cp1M1t1'-t1''=cp2ρ2V2τ2''-τ2'
τ2''=τ2'+cp1M1t1'-t1''cp2ρ2V2=10+2400*35*80-481005*1,245*80,6=36,7 ℃
Разница температуры газа и воздуха входит в диапазон 10-15 °С
6) Тепловой поток
Q=cp1M1t1'-t1''=2400*35*80-48=2688000 Вт
7) Средняя температура воздуха
τсрвозд=τ2'+τ2''2=10+36,72=23,3 ℃
10) Теплофизические свойства метана при tсрCH4=64,0 ℃
cp1=2400Джкг*К
λ1=0,043Втм*К
ν1=13,1*10-6м2с
Pr1=0,74
ρ1=P1*μR*273+tсрCH4=4000000*168313*273+64=22,8кгм3
11) Теплофизические свойства воздуха при τсрвозд=23,3 ℃
cp2=1005Джкг*К
λ2=0,025Втм*К
ν2=15,3*10-6м2с
Pr2=0,7
ρ2=1,196кгм3
12) Скорость течения метана
w1=M1F1*ρ1=350,341/6*22,8=26,96мс
13) Число Рейнольдса для метана
Re1=w1dвнν1=26,96*0,02213,1*10-6=45271>104=>турбулентный режим
14) Критерий Нуссельта
Nu1=0,021Re10,8Pr10,43=0,021*452710,8*0,740,43=97,9
15) Коэффициент теплоотдачи от метана к внутренней поверхности трубы
α1=Nu1*λ1dвн=97,9*0,0430,022=191,3Втм2*К
16) Скорость течения воздуха
w2=A*V2*kжρ2=0,074*80,6*0,941,196=4,69мс
17) Число Рейнольдса для воздуха
Re2=w2dнарν2=4,69*0,02815,3*10-6=8596,6≈104=>турбулентный режим
18) Критерий Нуссельта
Nu2=0,233Re20,65dнарb-0.54hb-0.14==0,233*85970,650,0280,0025-0.540,0560,0025-0.14=14,91
19) Коэффициент теплоотдачи от воздуха к наружной поверхности трубы
α2=Nu2*λ2dнар=14,91*0,0250,028=13,31Втм2*К
20) Среднеарифметическая разность температур
θср=tсрCH4-τсрвозд=64-23,3=40,7 ℃
21) Перепад температур газа
Δt1=t1'-t1''=80-48=32 ℃
22) Перепад температур воздуха
Δt2=t2'-t2''=36,7-10=26,7 ℃
23) Отношение тепловых мощностей
W1W2=84,096,83=0,87
24) Индекс противоточности P = 0,65
25) Характеристическая разность температур
ΔT=Δt1+Δt22-4*P*Δt1*Δt2=58,1 °C
26) Начальная разность температур θ1=θср+0,5*ΔT=40,7+0,5*58,1=69,7 °С
27) Конечная разность температур
θ2=θср-0,5*ΔT=40,7-0,5*58,1=11,6 °С
28) Средняя разность температур
Δtср=θ1-θ2lnθ1θ2=69,7-11,6ln69,711,6=32,4 °С
29) Критерий Био
Bi=α2*δλδ=13,31*0,00350=0,000226
30) Коэффициент эффективности ребра
E=thlδ*2*Bilδ*2*Bi=th0,0560,00085*2*0,0002260,0560,00085*2*0,000226=0,762
31) Коэффициент теплоотдачи воздуха для ребристой трубы
α2пр=α2E*HрHрс+HсHрс=13,31*0,762*74467956+5107956=10,34Втм2*К
32) Коэффициент теплопередачи для ребристой трубы
k12=11α1+δλ*φ+1α2пр=11191,7+0,00350*14,6+110,34=5,75Втм2*К
33) Требуемая площадь поверхности
F=Qk12*Δtср=25200005,75*32,4=14412 м2
34) Фактическая площадь поверхности F =7500*2= 15000 м2