Методические указания 3 страница

Указания к решению

Исходя из количества тепла, необходимого для конденсации пара, определить расход охлаждающей воды, ее скорость, режим движения; выбрать уравнение для определения критерия Нуссельта.

Задача 11

Определить необходимую поверхность теплопередачи подогревателя воды, обогреваемого перегретым паром. Конденсат пара не охлаждается.

Исходные данные

1. Количество подогреваемой воды G, кг/с.

2. Температура воды

начальная t₁, ⁰С;

конечная t₂, ⁰С.

3. Параметры перегретого водяного пара:

начальная температура пара t_п, ⁰С;

давление пара Р, МПа.

4. Коэффициенты теплопередачи:

в зоне охлаждения пара от t_п до температуры его конденсации - К₁ Вт/(м^2*к);

в зоне конденсации К₂ Вт/(м^2*к).

№ п/п	G, кг/с	t1, 0С	t2, 0С	tп, 0С	Р, МПа	К1 Вт/(м2*к)	К2 Вт/(м2*к)
1.					0,306
2.					0,204
3.					0,306
4.					0,204
5.					0,255
6.					0,204
7.					0,306
8.					0,255
9.					0,306
10.					0,204
11.					0,306
12.					0,204
13.					0,306
14.					0,204
15.					0,255
16.					0,204
17.					0,306
18.					0,255
19.					0,306
20.					0,204
21.					0,204
22.					0,306
23.					0,255
24.					0,306
25.					0,204
26.					0,255
27.					0,204
28.					0,306
29.					0,204
30.					0,306

Указания к решению

Поверхность теплоотдачи Поверхность теплоотдачи

Задачу решить в двух вариантах: для противотока и прямотока. Характер изменения температуры теплоносителей вдоль поверхности подогревателя для принятых схем движения показа на соответствующем рисунке.

Необходимую поверхность теплопередачи определить отдельно для каждой зоны. В 1-й зоне нагрев воды осуществляется за счет охлаждения перегретого пара от его начальной температуры до температуры начала конденсации, зависящей от давления Р.

Во 2-ой зоне теплопередача осуществляется за счет конденсации пара при постоянной температуре t_к. Расход греющего пара определить из равенства тепла, необходимого для нагрева воды от температуры t₁ до t₂, количеству тепла, отданного паром при его охлаждении Q₁ и конденсации Q₂. Затем на основании теплового баланса 1-й и 2-й зоны вычислить промежуточную температуру воды t_х. Для расчета F₁ и F₂ определить по зонам величины движущей силы теплопередачи ∆t₁ и ∆t₂.

Задача 12

Определить количества тепла, передаваемого в единицу времени путем конвекции и излучением от газопровода, проложенного в тоннеле, воздуху и стенкам тоннеля. Материал газопровода – сталь, тоннеля – кирпичная кладка.

Исходные данные

1. Наружный диаметр трубопровода d_н, м.

2. Длина трубопровода и тоннеля ℓ, м.

3. Высота тоннеля h, м.

4. Ширина тоннеля b, м.

5. Средняя температура поверхности трубопровода t₁, ⁰С.

6. Средняя температура на внутренних стенках тоннеля t₂, ⁰С.

№ п/п	dн, м	ℓ, м	h, м	Температура, 0С	b, м
t1	t2
1.	0,168		0,25			0,75
2.	0,180		1,5			1,2
3.	0,194		1,2			1,0
4.	0,219		1,0			1,0
5.	0,245		1,2			1,2
6.	0,273		0,5			0,5
7.	0,299		0,5			0,76
8.	0,325		0,8			1,2
9.	0,351		1,2			1,5
10.	0,377		1,1			1,3
11.	0,168		0,3			0,7
12.	0,180		1,2			1,1
13.	0,194		1,4			1,0
14.	0,219		1,5			1,0
15.	0,245		1,0			1,2
16.	0,273		1,1			0,6
17.	0,299		0,9			0,8
18.	0,325		0,8			1,1
19.	0,351		0,7			1,2
20.	0,377		1,0			1,5
21.	0,168		0,9			1,3
22.	0,180		0,8			1,5
23.	0,194		0,7			1,2
24.	0,219		0,6			1,1
25.	0,245		0,5			0,8
26.	0,273		1,1			0,6
27.	0,299		1,2			0,7
28.	0,325		1,3			1,0
29.	0,351		1,1			1,1
30.	0,377		1,2			1,2

Указания к решению

Рассчитать отдельно коэффициент теплопередачи конвекцией (с помощью критериального уравнения) и коэффициент теплопередачи излучением. Температуру воздуха в тоннеле принять равной температуре стенок тоннеля. Скорость воздуха в тоннеле 2,5 м/с.

Задача 13

Определить толщину изоляции стенки выпарного аппарата, если потери тепла в окружающую среду не должны превышать Q, Вт. Стенка аппарата выполнена из нержавеющей стали. Аппарат находится в закрытом помещении.

Исходные данные

1. Материал изоляции А.

2. Площадь стенки аппарата F, м².

3. Толщина стенки аппарата δ_ап, мм.

4. Температура внутренней поверхности стенки t₁, ⁰С.

5. Температура окружающего воздуха t₂, ⁰С.

№ п/п	Вещество А	Q, Вт	F, м2	δап, мм	t1, 0С	t2, 0С
1.	Асбест					+10
2.	Стекловата					+15
3.	Совелит					+20
4.	Стекловата					–10
5.	Асбест					+20
6.	Асбест					+15
7.	Совелит					–10
8.	Стекловата					–20
9.	Асбест
10.	Совелит					+10
11.	Асбест					+10
12.	Стекловата					+12
13.	Совелит					+15
14.	Пробка					+18
15.	Асбест					+20
16.	Стекловата					–10
17.	Совелит					–8
18.	Пробка					+12
19.	Асбест					+20
20.	Стекловата					+15
21.	Совелит					+15
22.	Пробка					+18
23.	Асбест
24.	Стекловата
25.	Совелит					+10
26.	Пробка					–5
27.	Асбест					–10
28.	Стекловата					–20
29.	Совелит					+5
30.	Пробка					+10

Указания к решению

Температуру наружной поверхности изоляции t_ст.нар., необходимую для расчета δ_ап, определить, используя уравнение теплопередачи конвекций и излучением от наружной поверхности по эмпирическому уравнению [1].

Задача 14

Определить величину температурной депрессии при выпаривании водного раствор соли А под атмосферным давлением.

Исходные данные

1. Количество раствора до выпаривания G_н, кг/ч.

2. Начальная концентрация раствора a_н, %.

3. Количество выпаренной воды W, кг/ч.

№ п/п	А	Gн, кг/ч	aн, %	W, кг/ч
1.	К2Сl		17,1
2.	К2СО3		25,4
3.	КNО3		18,4
4.	NаСl		12,8
5.	NаNО3		40,0
6.	Nа2SО4		13,8
7.	Nа2CО3		14,1
8.	NH4 NО3		40,1
9.	NH4Сl		29,7
10.	(NH4)2SО4		33,9
11.	КСl		17,1
12.	К2СО3		25,4
13.	КNО3		18,4
14.	NаСl		12,8
15.	NаNО3		40,0
16.	Nа2SО4		13,8
17.	Nа2CО3		14,1
18.	NH4 NО3		40,1
19.	NH4Сl		29,7
20.	(NH4)2SО4		33,9
21.	КСl		17,1
22.	К2СО3		25,4
23.	КNО3		18,4
24.	NаСl		12,8
25.	NаNО3		40,0
26.	Nа2SО4		13,8
27.	Nа2CО3		14,1
28.	NH4 NО3		40,1
29.	NH4Сl		29,7
30.	(NH4)2SО4		33,9

Указания к решению

Температуру депрессии ∆¹¹¹ определить по концентрации упаренного раствора a_к, рассчитанной на основании материального баланса процесса.

Задача 15

Определить величину гидростатической депрессии при кипении водного раствора соли в трубах вертикального аппарата.

Исходные данные

1. Высота трубок Н, м.

2. Плотность раствора ρ, кг/м³.

3. Давление вторичного пара над раствором Р_о, МПа.

№ п/п	Н, м	ρ, кг/м3	Ро, МПа
1.	2,0		0,12
2.	4,0		0,08
3.	5,0		0,06
4.	6,0		0,05
5.	7,0		0,06
6.	2,0		0,08
7.	4,0		0,10
8.	5,0		0,12
9.	6,0		0,08
10.	7,0		0,06
11.	2,0		0,13
12.	3,0		0,11
13.	4,0		0,10
14.	5,0		0,09
15.	6,0		0,08
16.	7,0		0,07
17.	3,0		0,06
18.	5,0		0,12
19.	4,0		0,09
20.	6,0		0,10
21.	7,0		0,06
22.	2,0		0,07
23.	4,0		0,08
24.	5,0		0,09
25.	6,0		0,10
26.	7,0		0,11
27.	2,0		0,12
28.	4,0		0,13
29.	5,0		0,08
30.	6,0		0,07

Указания к решению

Высоту раствора в холодном состоянии принять равной 0,5Н.

Задача 16

Определить необходимую поверхность теплопередачи и расход греющего пара при выпаривании водного раствора под атмосферным давлением. Раствор подается на выпарку нагретым до температуры кипения. Конденсат греющего пара не охлаждается.

Исходные данные

1. Количество водного раствора G, кг/ч.

2. Начальная концентрация раствора a_н, %.

3. Конечная концентрация раствора a_к, %.

4. Температура кипения раствора t_к, ⁰С.

5. Давление греющего пара (насыщенного водяного) Р, МПа.

6. Коэффициент теплопередачи в аппарате К, Вт/(м^2*к).

7. Потери тепла составляют b, % от тепла, переданного греющим паром.