Теплообменника компрессорной установки
Задание. Определить безопасную длину труб теплообменника компрессорной установки.
Дано (вариант 1). Производительность N к = 10 м3/мин, давление Р 2 = 0,5 МПа, охлаждающий теплоноситель – вода (Т н = 283 К, Т к = 298 К); наружный диаметр труб теплообменника D н = 18 мм, толщина стенки d = 0,5 мм, температура воздуха после сжатия Т 1 = 493 К, температура воздуха после охлаждения Т 2 = 303 К, теплоемкость воды С в = 4,2 кДж/(кг×К), теплоемкость воздуха С в3 =1,01 кДж/(кг×К), коэффициент теплопроводности стали l = 50,1 Вт/(м×К), коэффициенты теплопередачи на внутренней и наружной поверхности a2 = 740 Вт/(м2×К), a1 = 1160 Вт/(м2×К); плотность воздуха r = 1,293 кг / м3.
Решение.
1. Определим массу охлаждаемого воздуха за 1 с
кг. (2.8)
2. Рассчитываем количество избыточной теплоты
кДж. (2.9)
3. Находим охлаждаемую длину труб теплообменника
. (2.10)
3.1. Определяем средний тепловой напор теплообменника
, (2.11)
К, (2.12)
К, (2.13)
К. (2.14)
3.2. Вычисляем внутренний диаметр трубы теплообменника
мм. (2.15)
3.3. Рассчитываем коэффициент теплопередачи трубы (длиной 1 м)
Вт/(м×К). (2.16)
4. Находим охлаждаемую длину труб теплообменника
м. (2.17)
Ответ. Для безопасной работы компрессора необходим теплообменник длинной 25 м.
Таблица 2.4
Исходные данные
| Исходные данные | Варианты | ||||||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | |
| Производительность компрессора, м3/мин | 10 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 12 | 13 | 15 | 19 | 20 | 25 |
| Давление компрессора, МПа | 0,5 | 1,5 | 1,6 | 1,6 | 1,1 | 1,1 | 0,5 | 0,5 | 0,6 | 1 | 1 | 1 | 0,6 | 0,7 | 1,3 |
| Температура воздуха после сжатия, К | 493 | 620 | 621 | 650 | 580 | 573 | 493 | 493 | 623 | 573 | 570 | 580 | 600 | 600 | 588 |
| Наружный диаметр труб теплообменника, мм | 18 | 15 | 15 | 16 | 18 | 18 | 20 | 20 | 20 | 25 | 25 | 30 | 30 | 16 | 16 |
| Толщина стенки трубы, мм | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,6 | 0,65 | 0,65 | 0,8 | 1 | 1 | 1,3 | 1,3 | 2 | 1,6 | 0,9 | 1 |
| Исходные данные | Варианты | ||||||||||||||
| 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | |
| Производительность компрессора, м3/мин | 30 | 22 | 11 | 14 | 16 | 28 | 29 | 21 | 17 | 18 | 23 | 24 | 26 | 27 | 31 |
| Давление компрессора, МПа | 1,3 | 1,5 | 1 | 1,2 | 1,2 | 0,6 | 0,4 | 0,8 | 0,8 | 0,7 | 1 | 1,6 | 1,3 | 1,3 | 1,2 |
| Температура воздуха после сжатия, К | 610 | 595 | 490 | 480 | 480 | 615 | 605 | 605 | 621 | 630 | 625 | 630 | 628 | 565 | 595 |
| Наружный диаметр труб теплообменника, мм | 18 | 18 | 20 | 20 | 25 | 25 | 30 | 30 | 32 | 32 | 22 | 24 | 22 | 14 | 12 |
| Толщина стенки трубы, мм | 0,7 | 0,7 | 0,9 | 1 | 1,1 | 1,1 | 1,6 | 1,6 | 1,8 | 1,8 | 0,95 | 0,85 | 1,25 | 0,55 | 0,45 |
Примечание. При решении задания принять одинаковыми для всех вариантов следующие значения параметров: в качестве охлаждающего теплоносителя используется вода с начальной температурой Т н=283 К и конечной Т к=298 К; средняя удельная теплоемкость воды С ср=4,2 кДж/кгК; теплоемкость воздуха С вз=1,01 кДж/кгК; температура воздуха после охлаждения Т 2=303 К; температура всасываемого воздуха Т 0=293К; коэффициент теплопередачи внутренней и наружной поверхности a1=1160 Вт/м2К; a2=440 Вт/м2К; коэффициент теплопередачи стали l=50,1 Вт/мК; термическое сопротивление от загрязнения для новых труб R з=0, Р 1=0,1×106×60 Па.
