Определите поверхность нагрева стального рекуперативного газовоздушного теплообменника (толщина стенок δс=3 мм) при прямоточной и

Определите поверхность нагрева стального рекуперативного газовоздушного теплообменника (толщина стенок δс=3 мм) при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей, если объемный расход воздуха при нормальных условиях Vн, средний коэффициент теплоотдачи от воздуха к поверхности нагрева α1, от поверхности нагрева к воде α2=500 Вт/м2∙К, коэффициент теплопроводности материала стенки трубы (стали) λ=50 Вт/м∙К, теплоемкость топочных газов сг = 1,15 кДж/(кг·К), плотность rг = 1,23 кг/м3. начальные и конечные температуры газа и воды равны соответственноt1', t2', t1'', t2'', ℃. Определить также расход воды G через теплообменник. Изобразить график изменения температур теплоносителей для обеих схем при различных соотношениях их условных эквивалентов. Дано: δс=3 мм=0,003 м; Vн=40∙103м3/ч; α1=55 Вт/м2∙К; α2=500 Вт/м2∙К; t1'=380 ℃; t1''=160 ℃; t2'=40 ℃; t2''=120 ℃; λ=50 Вт/м∙К; сг = 1,15 кДж/кг·К; rг = 1,23 кг/м3; Найти: Fпрямоток, Fпротивоток, G2-?

1. Определим коэффициент теплопередачи через стенку:
k=11α1+δсλ+1α2=1155+0,00350+1500=49,6 Вт/м2∙К.
2. Определим удельный объем топочных газов:
υг=1rг=11,23=0,813 м3/кг.
3. Рассчитаем массовый расход газа:
G1=Vн3600∙υг=40∙1033600∙0,817=13,59 кг/с.
4. Определим количество теплоты, отданное газом:
Q1=G1∙Cг∙t1'-t1''=13,59∙1150∙380-160=3438270 Вт.
5. Определим температурный напор при прямоточной схеме:
∆tпрямоток=∆t'-∆t''ln∆t'∆t'',
где ∆t'-наибольший температурный напор:
∆t'=t1'-t2'=380-40=340 ℃;
∆t''-Наименьший температурный напор:
∆t''=t1''-t2''=160-120=40 ℃.
∆tпрямоток=∆t'-∆t''ln∆t'∆t''=340-40ln34040=140,18 ℃.
6. Определим температурный напор при противоточной схеме:
∆tпротивоток=∆t'-∆t''ln∆t'∆t'',
где ∆t'-наибольший температурный напор:
∆t'=t1'-t2''=380-120=260 ℃;
∆t''-Наименьший температурный напор:
∆t''=t1''-t2'=160-40=120 ℃.
∆tпротивоток=∆t'-∆t''ln∆t'∆t''=260-120ln260120=181,11 ℃.
7

. Определим необходимую площадь при прямоточной схеме:
Q=k∙∆tср∙F.
Fпрямоток=Q1k∙∆tпрямоток=343827049,6∙140,18=494,5 м2.
8. Определим необходимую площадь при противоточной схеме:
Fпротивоток=Q1k∙∆tпротивоток=343827049,6∙181,11=382,75 м2.
9. Определим массовый расход воды из уравнения теплового баланса:
Q1=G1∙Cг∙t1'-t1''=G2∙C2∙t2''-t2';
G2=Q1C2∙t2''-t2',
где C2 - теплоемкость воды. Из справочный данных C2=4200 Дж/кг·К.
G2=Q1C2∙t2''-t2'=34382704200∙(120-40)=10,23 кг/с.
10