Задача 5. Определить поверхность нагрева газоводяного рекуперативного теплообменника, работающего по противоточной схеме.
Греющий теплоноситель - дымовые газы с начальной температурой t1г и конечной tIIг. Расход воды через теплообменник – Gв. Коэффициент теплоотдачи газов к стенке трубы- αr, от стенки трубы к воде - αв. Теплообменник выполнен из стальных труб (коэффициент теплопроводности λ=50 Вт/м·К) с наружным диаметром d=50 мм и толщиной стенки δ=4 мм (стенку считать чистой с обеих сторон).
Определить также поверхность теплообмена при выполнении теплообменника по прямоточной схеме и сохранении остальных параметров неизменными.
Для обеих схем движения (прямоточной и противоточной) показать (без расчета) графики изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена. Указать преимущества противоточной схемы.
Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 5.
Таблица 5
Последняя цифра шифра | G, кг/с | t1в, оС | tIIв, оС | t1г, оС | t11г, оС | Предпоследняя цифра шифра | αг, | αв, |
Вт/(м2К) | ||||||||
0 | 3,6 | 20 | 165 | 400 | 200 | 3 | 35 | 4800 |
Решение:
Определим тепловую производительность Q:
Определим для средней поверхности, пренебрегая теплопроводностью стенки: 
, здесь k – коэффициент теплопередачи:
.
тепловой напор примем средним. Т. к. (200-20)/ (400-165)<2,то можно принять 
Тогда 
Для прямоточной схемы 
Тогда 
Изменение температуры теплоносителей показано на рисунке.
а – прямоточная схема, б – противоточная.
Из рисунка видно, что при противоточной схеме перепад температур выше по всей длине теплообменника, поэтому противоточная схема эффективнее.
Это же видно из расчетов, поскольку потребная площадь противоточного теплообменника при прочих равных условиях меньше, чем прямоточного.
