8 Теплоотдачи при пленочной конденсации чистого пара
Задача 8.1 (Авчухов) Имеется трубчатый теплообменник из 22 горизонтальных труб наружным диаметром 18 мм и длиной 1,2 м. Достаточна ли его поверхность для конденсации 1100 кг/ч сухого насыщенного водяного пара? Конденсация пара предполагается при давлении 0,27 МПа, температура поверхности трубок 60 °С. Конденсат отводится при температуре насыщения.
Дано:
Число труб: n=22.
Диаметр трубы: d=18 мм=0,018 м.
Длина трубы: L=1,2 м.Давление: p=0,27 МПа.
Температура стенки: tc=60° C.
Расход пара: G=1100 кг/ч.
Ответ: поверхность теплообменника достаточна. Максимальная производительность аппарата при данных условиях составляет не менее 1137 кг/ч, что превышает требуемую нагрузку 1100 кг/ч. Запас по производительности есть.
Скачать решение задачи 8.1 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 8.2 (Авчухов) Сухой насыщенный водяной пар с температурой насыщения 42 °С охлаждается на вертикальной стенке камеры, температура которой 28 °С. Рассчитать толщину пленки конденсата, стекающего по стенке, и локальный коэффициент теплоотдачи для следующих значений расстояния от верхней кромки стенки: 0,3; 0,6; 0,9; 1,2 м.
Дано:
Температура насыщения пара: tв =42°C .
Температура стенки: tс =28° C .
Расстояния от верхней кромки: x=0,3 м; 0,6 м; 0,9 м; 1,2 м.
Поверхность - вертикальная плоская стенка.
Ответ: толщина плёнки конденсата и локальный коэффициент теплоотдачи на расстоянии x от верхней кромки вертикальной стенки:
x=0,3 м: толщина - 0,135 мм; α=4647 Вт/(м2⋅К).
x=0,6 м: толщина - 0,16 мм; α=3908 Вт/(м2⋅К).
x=0,9 м: толщина - 0,177 мм; α=3531 Вт/(м2⋅К).
x=1,2 м: толщина - 0,191 мм; α=3285 Вт/(м2⋅К).
Течение плёнки - ламинарное (Z=280<2300).
Скачать решение задачи 8.2 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 8.3 (Авчухов) В горизонтальном конденсаторе необходимо сконденсировать 1000 кг/ч сухого насыщенного водяного пара при давлении 1,013·105 Па. Конденсация происходит на трубах длиной 3,5 м и наружным диаметром 30 мм. Температура стенок труб 80 °С. Какое количество труб необходимо для конденсации пара при условии, что конденсат не переохлаждается, а пар неподвижен?
Дано:
Расход пара: G=1000 кг/ч=1000/3600=0,2778 кг/с
Давление пара: p=1,013·105 Па (атмосферное), значит, температура насыщения tв =100° C
Температура стенки: tс =80° C
Длина труб: L=3,5 м
Наружный диаметр труб: d=30 мм=0,03 м
Ответ: для конденсации 1000 кг/ч пара при данных условиях потребуется 10 труб (диаметр 30 мм, длина 3,5 м).
Скачать решение задачи 8.3 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 8.4-5 (Авчухов)
8.4 По вертикальной стойке в теплообменном аппарате стекает пленка конденсата, возникшая при охлаждении сухого насыщенного пара. Высота стойки 3 м, температура ее поверхности 70 °С. Водяной пар конденсируется при ts=110°C. Определить высоту стойки, на которой будет ламинарное течение пленки конденсата. Найти наименьший коэффициент теплоотдачи на ламинарном участке течения пленки.
8.5 По условию задачи 8.4 определить режим течения конденсатной пленки и найти средний по всей высоте стойки коэффициент теплоотдачи.
Дано
Высота стойки: H=3 м
Температура стенки: tс =70° C
Температура насыщения пара: tв =110° C
Ответ 8.4 Н = 0,95м, наименьший коэффициент теплоотдачи на ламинарном участке течения пленки 5606 Вт/(м2⋅К)
Ответ 8.5: средний по всей высоте стойки коэффициент теплоотдачи α=6822 Вт/(м2·К)
Скачать решение задачи 8.4 + 8.5 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 8.6-7 (Авчухов)
8.6 В конденсаторе на горизонтальной трубе с наружным диаметром 18 мм конденсируется сухой насыщенный пар при давлении 0,00424 МПа. Найти средний по окружности трубы коэффициент тепло отдачи и количество водяного пара, конденсирующегося за час на 1 м длины трубы, имеющей температуру стенки 10 °С.
8.7 Рассчитать средний коэффициент теплоотдачи, количество сконденсировавшегося пара в час на 1 м трубы, если в условии задачи 8.6 труба будет расположена вертикально. Сравнить результаты с горизонтальным расположением трубы, если в обоих случаях течение пленки ламинарное.
Дано:
Давление пара: p=0,00424 МПа=4240 Па.
Температура стенки: tс =10° C.
Наружный диаметр трубы: d=18 мм=0,018 м.
Длина трубы: L=1 м.
Ответ 8.6: средний по окружности трубы коэффициент теплоотдачи: 7822,3 Вт /(м2⋅К).Количество пара, конденсирующегося на 1 м длины трубы 13,1 кг/ч
Ответ 8.7: для вертикальной трубы: средний коэффициент теплоотдачи: 4324 Вт/(м2⋅К); количество сконденсировавшегося пара за час на 1 м длины: 7,24 кг/ч
Скачать решение задачи 8.6 + 8.7 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 8.8 (Авчухов) Как изменится коэффициент теплоотдачи в условиях задачи 8.6, если: а) давление пара увеличить в 10 раз, a ∆t=ts - tc оставить без изменения, б) диаметр трубы увеличить в 3 раза, в) разность температур ∆t уменьшить в 2 раза, оставив давление пара равным 0,00424 МПа?
Ответ а) α увеличится примерно в 1,3 раза до 10290 Вт/(м2·К);
б) α уменьшится примерно в 1,3 раза до 5944 Вт/(м2·К);
в) α увеличится примерно в 1,25 раза до 9738 Вт/(м2·К).
Скачать решение задачи 8.8 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 8.9 (Авчухов) Изготовлен конденсатор с вертикальными медными трубами в количестве 45 шт. По трубам диаметром 22х1 мм и длиной 0,34 м движется вода под давлением с температурой на входе 15 °С и на выходе 110°С. Снаружи на трубах конденсируется сухой насыщенный пар при давлении 3,61·105 Па. Внутри трубы коэффициент теплоотдачи от стенки к воде 2549 Вт/(м2·К). В этом теплообменнике конденсируется 257 кг/ч водяного пара (конденсат не переохлаждается). Определить среднюю температуру стенки трубы и коэффициент теплоотдачи от пара к трубе.
Ответ средняя температура стенки трубы: tc=125 C. Коэффициент теплоотдачи от пара к трубе: α=9657 Вт/(м2·К)
Скачать решение задачи 8.9 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 8.10 (Авчухов) На наружной поверхности вертикальной трубы диаметром d и длиной l конденсируется сухой насыщенный пар при давлении р. Средняя температура этой поверхности tс. Определить коэффициент теплоотдачи при конденсации водяного пара. Во сколько раз изменится коэффициент теплоотдачи, если трубу расположить горизонтально? Найти количество сконденсировавшегося пара при каждом положении трубы, считая, что переохлаждения конденсата нет. Данные для решения задачи взять из таблицы.
Вариант 2д d = 52мм, L = 2м, Р = 12,55·105 Па, tс = 178ºС
Дано:
Наружный диаметр трубы: d=52 мм=0,052 м
Длина трубы: L=2 м
Давление пара: p=12,55·105 Па=1,255 МПа
Средняя температура стенки: tc=178° C
Ответ коэффициент теплоотдачи при вертикальном расположении трубы: αв =7918 Вт/(м2·К),к оэффициент теплоотдачи при горизонтальном расположении трубы: αг =10403 Вт/(м2·К). Увеличение коэффициента теплоотдачи: в 1,314 раза при горизонтальном расположении. Количество сконденсировавшегося пара при вертикальном положении: Gв=56,5 кг/ч. Количество сконденсировавшегося пара при горизонтальном положении: Gг=74,2 кг/ч
Скачать решение задачи 8.10 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 8.11 (Авчухов) В конденсатор поступает 900 кг/ч перегретого водяного пара, с температурой 120°С. При постоянном давлении 1,013·105 Па он конденсируется на наружных поверхностях труб, по которым течет охлаждающаяся вода в противоположном направлении по отношению к пару. Образующийся конденсат переохлаждается на 8 °С при выходе из конденсатора. Наименьшая разность между температурами насыщения и охлаждающей воды в конденсаторе 6 °С. Построить график изменения температур пара и охлаждающей воды по длине конденсатора.
Определить: 1) количество теплоты, отдаваемой паром и конденсатом при охлаждении, если теплоемкость перегретого пара 2 кДж/(кг·К), 2) расход охлаждающей воды и ее температуру на выходе, если на входе она имеет 17°С.
Дано
Расход перегретого пара: Gп =900 кг/ч=0,25 кг/с .
Температура перегретого пара: tп =120° C.
Давление: p=1,013·105Па (нормальное атмосферное), следовательно, температура насыщения tн =100°C.
Переохлаждение конденсата: Δtпк =8° C, значит, температура конденсата на выходе: tк =100-8=92°C .
Наименьшая разность температур между паром и водой: Δtмин =6° C (в конце конденсатора).
Температура воды на входе: tв1 =17° C
Ответ: Количество теплоты, отдаваемой паром и конденсатом: Qобщ =582,63 кВт. Расход охлаждающей воды: Gв =6529 кг/ч
Скачать решение задачи 8.11 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 8.12-14 (Авчухов)
8.12 В конденсатор паротурбинной установки входит сухой насыщенный пар со скоростью 25 м/с при давлении 0,05∙105 Па. Конденсатор выполнен из горизонтальных труб с наружным диаметром 20 мм, температура на поверхности труб 22 °С. Определить коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося водяного пара к трубе первого (верхнего) ряда пучка. Проанализировать изменение коэффициента теплоотдачи на первом ряду труб, если скорость пара будет изменяться в пределах от 18 до 50 м/с. Построить график зависимости; коэффициента теплоотдачи от скорости пара с интервалом 10 м/с.
8.13 По условию задачи 8.12 проанализировать изменение коэффициента теплоотдачи на трубе первого ряда, если давление водяного пара будет изменяться в пределах от 0,05·105 до 0,5·105 Па. Скорость пара, равную 25 м/с, и температурный напор между паром и стенкой трубы принять постоянными. Построить график зависимости коэффициента теплоотдачи от давления пара.
8.14 По условию задачи 8.12 найти средний для первых пяти рядов пучка коэффициент теплоотдачи, если конденсатор выполнен с коридорным (или шахматным) расположением труб. Принять длину труб 6 м, поперечный шаг труб 1,4 d. Поверхность теплообмена рядов одинаковая, давление пара и разность температур (ts- tc) по высоте пучка не меняются.
Исходные данные:
Давление пара: p=0,05·105 Па=5000 Па (0,05 бар)
Температура стенки: tc=22 ° C
Скорость пара: wn=25 м/с
Наружный диаметр трубы: d=20 мм=0,02 м
Ответ 8.12: a =12,28 кВт/(м2·К), a10=10,602 кВт/(м2·К), a20=11,845 кВт/(м2·К), a30=12,64 кВт/(м2·К), a40=13,235 кВт/(м2·К), a50=13,716 кВт/(м2·К)
Ответ 8.13: a0,05=12,28 кВт/(м2·К), a0,1=13,158 кВт/(м2·К), a0,3=15,34 кВт/(м2·К), a0,5=15,95 кВт/(м2·К)
Ответ 8.14: 11163,6 Вт/(м2·К).
Скачать решение задачи 8.12 + 8.13 + 8.14 (Авчухов) (цена 150р)
Задача 8.15 (Авчухов) В конденсаторе 10 горизонтальных рядов труб, расположенных в шахматном порядке с поперечным шагом 26 мм. Наружный диаметр труб 20 мм, длина труб 4 м, температура поверхности труб 20 °С. Как показали измерения, сухой насыщенный водяной пар имеет давление 0,07∙105 Па и скорость перед трубами первого ряда 70 м/с. Принять количество труб в рядах одинаковым, давление пара и разность температур ts - tc постоянными по высоте пучка. Определить средний коэффициент теплоотдачи для всего пучка и общее количество сконденсировавшегося пара в расчете на одну трубу каждого ряда
Дано n=10;
расположение труб - шахматное;
s1=26 мм=0,026 м;
d=20 мм=0,02 м;
L=4 м;
tc=20° C;
p=0,07·105 Па=7000 Па;
w1=70 м/с.
Количество труб в рядах одинаковое. Разность температур (ts-tc) постоянна по высоте пучка.
Ответ: средний коэффициент теплоотдачи для всего пучка: aср.пуч=11481 Вт/(м2·К), количество конденсата G = 896 кг/ч
Скачать решение задачи 8.15 (Авчухов) (цена 150р)
