Воздух подогревается в трубном пространстве одноходового кожухотрубчатого теплообменника (число труб — n=197) от температуры

Воздух подогревается в трубном пространстве одноходового кожухотрубчатого теплообменника (число труб — n=197) от температуры t1=200С до t2=600С при среднем абсолютном давлении P2=1,6 ат. Расход воздуха при нормальных условиях составляет V2н=8400 м3/ч. В межтрубное пространство поступает насыщенный водяной пар под абсолютным давлением P1=2,3 ат. Коэффициент теплопередачи – К=830 Вт/(м2·К). Принимаем, что потери тепла отсутствуют. Диаметр труб – d=38x2 мм Определить: 1) режим течения воздуха в трубах; 2) площадь поверхности теплообмена.

Согласно справочным данным, температура водяного пара при давлении 2,3 ат (0,225 МПа) составляет 1230С.
Рассчитываем среднюю движущую силу процесса теплообмена:
Воздух: 20→600С
Водяной пар: 123→1230С
tб=123-20=1030С
tм=123-60=630С
∆tср=∆tб-tмln∆tб∆tм=103-63ln10363=81,370С
Средняя температура воздуха в теплообменнике:
tср=t1-∆tcp=123-81,37=41,630С
Рассчитываем объемный расход воздуха при рабочих условиях в теплообменнике:
V2р=V2н∙р0∙Tр∙T0,
где Т0-температура воздуха, соответствующая нормальным условиям, К; Т0=273 К;
Т – температура воздуха, соответствующая рабочим условиям в теплообменнике, К; Т=41,630С=314,63 К;
р0-давление, соответствующее нормальным условиям, Па; р0=101325 Па;
р- давление, соответствующее рабочим условиям, Па; р=1,6 ат=156904 Па;
V2н-объемный расход воздуха, соответствующий нормальным условиям, м3/ч; V2н=8400 м3/ч
V2=8400∙101325∙314,63156904∙273=6251,72 м3/ч
Внутренний диаметр труб теплообменника:
dвн= d-2·δ=38-2·2=34 мм=0,034 м
Скорость движения воздуха по трубам:
w2=V2π∙dвн24∙n=6251,723600∙3,14∙0,02124∙197=9,71 м/с
Определяем плотность воздуха при рабочих условиях в теплообменнике:
ρ2=М22,4∙Т0∙рТ∙р0,
где М – мольная масса воздуха, кг/кмоль; М=29 кг/кмоль;
ρ2=2922,4∙273∙156904314,63∙101325=1,74 кг/м3
Режим движения воздуха в трубном пространстве теплообменника:
Re=w2∙dвн∙ρ2μ2,
где μ2 - вязкость воздуха, Па·с; μ2 при 41,630С составляет 0,019·10-3 Па·с;
Re=9,71∙0,034∙1,740,019∙10-3=30233,87
Режим движения воздуха – турбулентный.
Массовый расход воздуха в теплообменнике:
G2=V2∙ρ2=6251,72∙1,74=10878 кг/ч
Расход теплоты в теплообменнике для нагрева воздуха:
Q=G2∙C2∙t2.к-t2.н,
где С2-удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг·К); С2=1005 Дж/(кг·К) при средней температуре воздуха в теплообменнике 41,630С.
Q=108783600∙1005∙60-20=121471 Вт
Площадь поверхности теплообмена:
F=QК∙∆tcp=121471830∙81,37=1,8 м2