Методические указания 2 страница

Таблица 10 – Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления

Пересчет в систему СИ: 1ат = 9,81 ^. 10⁴ н /м²

Давление (абсолютное), ат	Температура, °С	Удельный объем, м^3/кг	Плотность, кг/м^3	Энтальпия жидкости	Энтальпия пара	Теплота парообразования
i' ^. 10^-3,	i',	i'' ^. 10^-3,	i'',	r ^. 10^-3,	r,
0,01	6,6	131,60	0,00760	27,7	6,6		598,0		591,4
0,015	12,7	89,64	0,01116	53,2	12,7		600,9		588,2
0,02	17,1	68,27	0,01465	71,6	17,1		602,9		585,8
0,025	20,7	55,28	0,01809	86,7	20,7		604,6		583,9
0,03	23,7	46,53	0,02149	99,3	23,7		606,0		582,3
0,04	28,6	35,46	0,02820	119,8	28,6		608,2		579,6
0,05	32,5	28,73	0,03481	136,2	32,5		610,0		577,5
0,06	35,8	24,19	0,04133	150,0	35,8		611,5		575,8
0,08	41,1	18,45	0,05420	172,2	41,1		614,0		572,8
0,10	45,4	14,96	0,06686	190,2	45,4		615,9		570,5
0,12	49,0	12,60	0,07937	205,3	49,0		617,6		568,5
0,15	53,6	10,22	0,09789	224,6	53,6		619,6		566,0
0,20	59,7	7,977	0,1283	250,1	59,7		622,3		562,7
0,30	68,7	5,331	0,1876	287,9	68,7		626,3		557,6
0,40	75,4	4,072	0,2456	315,9	75,4		629,2		553,8
0,50	80,9	3,304	0,3027	339,0	80,9		631,5		550,6
0,60	85,5	2,785	0,3590	358,2	85,5		633,4		548,0
0,70	89,3	2,411	0,4147	375,0	89,5		635,1		545,6
0,80	93,0	2,128	0,4699	389,7	93,0		636,5		543,6
0,90	96,2	1,906	0,5246	403,1	96,2		637,8		541,7
1,0	99,1	1,727	0,5790	415,2	99,1		639,0		539,9
1,2	104,2	1,457	0,6865	437,0	104,3		641,1		536,7
1,4	108,7	1,261	0,7931	456,3	108,9		642,8		533,9
1,6	112,7	1,113	0,898	473,1	112,9		644,3		531,4
1,8	116,3	0,997	1,003	483,6	116,6		645,7		529,1
2,0	119,6	0,903	1,107	502,4	119,9		646,9		527,0
3,0	132,9	0,6180	1,618	558,9	133,4	Продолжение табл. 10 2730	651,6		518,1
4,0	142,9	0,4718	2,120	601,1	143,7		654,9		511,1
5,0	151,1	0,3825	2,614	637,7	152,2		657,3		505,2
6,0	158,1	0,3222	3,104	667,9	159,4		659,3		499,9
7,0	164,2	0,2785	3,591	694,3	165,7		660,9		495,2
8,0	169,6	0,2454	4,075	718,4	171,4		662,3		490,9
9,0	174,5	0,2195	4,556	740,0	176,6		663,4		486,8
	179,0	0,1985	5,037	759,6	181,3		664,4		483,1
	183,2	0,1813	5,516	778,1	185,7		665,2		479,5
	187,1	0,1668	5,996	795,3	189,8		665,9		476,1
	190,7	0,1545	6,474	811,2	193,6		666,6		472,8
	194,1	0,1438	6,952	826,7	197,3		667,0		469,7
	197,4	0,1346	7,431	840,9	200,7		667,4		466,7
	200,4	0,1264	7,909	854,8	204,0		667,8		463,8
	203,4	0,1192	8,389	867,7	207,1		668,1		460,9
	206,2	0,1128	8,868	880,3	210,1		668,3		458,2
	208,8	0,1070	9,349	892,5	213,0		668,5		455,5
	211,4	0,1017	9,83	904,2	215,8		668,7		452,9
	232,8	0,06802	14,70		239,1		668,6		429,5
	249,2	0,05069	19,73		257,4		666,6		409,2

Таблица 11 – Теплота парообразования некоторых жидкостей (в кДж/кг)

Жидкость	Температура, °С
Аммиак	1265,4	1190,0	-	-	-
Анилин	-	-	-	-	435,8 Продолжение табл. 8 (при 184^о)
Ацетон	565,7	553,1	519,6	473,5	-
Бензол	448,3	435,8	408,5	379,2	346,1
Бутиловый спирт	703,9	687,2	653,6	611,7	561,5
Вода	2493,1	2446,9	2359,0	2258,4	2149,5
Двуокись углерода	235,1	155,4	-	-	-
Диэтиловый эфир	387,6	366,6	326,4	282,4	228,4
Изопропиловый спирт	775,2	750,0	699,7	636,9	557,3
Метиловый спирт	1198,3	1173,2	1110,4	1013,9	892,6
Нитробензол	-	-	-	-	331,9 (при 211^о)
Пропиловый спирт	812,9	791,9	Продолжение табл. 11 745,8	683,0	595,0
Сероуглерод	374,6	367,0	344,4	316,4	282,4
Толуол	414,8	407,7	388,8	368,7	344,0
Уксусная кислота	-	-	-	406,4 (при 118^о)	399,5
Фреон-12	155,0	144,9	132,4	-	-
Хлор	266,5	253,1	222,0	176,8	71,23
Хлорбензол	375,8	369,5	354,4	338,1	320,5
Хлороформ	271,5	263,1	247,6	231,3	-
Четыреххлористый углерод	218,3	213,7	201,9	185,6	168,0
Этилацетат	427,4	411,5	358,9	355,7	317,2
Этиловый спирт	921,8	913,4	879,9	812,9	712,3

Таблица 12 – Физические свойства некоторых органических веществ

Пересчет в систему СИ: 1 мм рт.ст. = 133,3 н /м²

Вещество	Формула	Молекулярная масса	Плотность, кг/м^3	Температура кипения, °С	Давление насыщенного пара при 20 °С мм рт. ст.
Ацетон	CH3COCH3	58,08
Бензин	-	-	690-760	70-120	-
Бензол	C6H6	78,11		80,2
Дихлорэтан	CH2Cl-CH2Cl	98,97		83,7
Изопропилацетат	CH3COOC5H11	130,18		142,5
Ксилолы (смесь)	C6H4(CH3)2	106,16		136-145
Метилацетат	CH3COOCH3	74,08		57,5
Пропилацетат	CH3COOC3H7	102,13		101,6
Сероуглерод	CS2	76,13		46,3
Скипидар	C10H16	136,1	850-880	155-190
Спирт бутиловый	C4H9OH	74,12		117,7	4,7
Спирт изоамиловый	C5H11OH	88,15			2,2
Спирт изобутиловый	C4H9OH	74,12			8,8
Спирт изопропиловый	C3H7OH	60,09		82,4	32,4
Спирт метиловый	CH3OH	32,04		64,7	95,7
Спирт пропиловый	C3H7OH	60,09		97,2	14,5
Спирт этиловый	C2H5OH	46,07		78,3
Толуол	C6H5CH3	92,13	Продолжение табл. 12 870	110,8	22,3
Углерод четыреххлористый	CCl4	153,84		76,7	90,7
Хлороформ	CHCl3	119,38		61,2
Этилацетат	CH3COOC2H5	88,10		77,15
Эфир диэтиловый	C2H5OC2H5	74,12		34,5

Прежде всего определяем количество передаваемого тепла от жидкости к охлаждающей воде. Так как оба теплоносителя не меняют агрегатное состояние, то для данного теплообменника можно записать:

Q = G1 ^. С1 ^. (t1н – t1к) = G2 ^. С2 ^. (t2к – t2н).

(2.7)

где G₁, G₂ – расход жидкости и охлаждающей воды, соответственно кг/с. Обратите внимание, что размерность расходов теплоносителей, должна соответствовать размерности сомножителей правой части уравнения (2.6);

С₁, С₂ – теплоемкости жидкости и охлаждающей воды при средней температуре t_ср1 и t_ср2, причем ; .

В данной задаче количество тепла найдем: Q = G₁ ^. С₁ ^. (t_1н – t_1к), т.к. задан расход охлаждаемой жидкости. Теплоемкость теплоносителей определяем по таблице 8 или из [4, с. 562].

Зная количество передаваемого тепла, из уравнения (2.7) рассчитываем количество охлаждающей воды: .

Для плоской стенки коэффициент теплопередачи находим из следующего выражения

,

(2.8)

где α₁ и α₂ – коэффициенты теплоотдачи для горячего и холодного теплоносителя, Вт/м^{2 .} К;

δ – толщина стенки, м;

Σ δ / λ – сумма термических сопротивлений всех слоев стенки, м^{2 .} К/Вт;

В нашей задаче , где λ_ст – коэффициент теплопроводности стали (см. таблицу 7).

Особое внимание студенту следует обратить на определение средней разности температур Δt_ср. Если температура теплоносителей меняется вдоль теплопередающей поверхности (как в данной задаче), то для расчета Δt_ср необходимо знать четыре температуры: 2 ^х теплоносителей на входе и на выходе из теплообменника. Важное значение имеет и направление движения теплоносителей. Средняя разность температур Δt_ср, входящее в основное уравнение теплопередачи, для прямотока и противотока определяется следующим образом:

(2.9)

или ,

(2.10)

где Δt_б и Δt_м – бόльшая и меньшая разности температур теплоносителей на концах теплообменника.

Уравнение (2.9) используется, если , а уравнение (2.10) – если .

В нашей задаче теплоносители движутся противотоком, поэтому Δt_б и Δt_м определяются так:

t_1н t_1к Δt_б = t_1н – t_2к;

t_2к t_2н Δt_м = t_1к – t_2н.

После определения значений Q, K, Δt_ср из основного уравнения теплопередачи (2.6) рассчитываем необходимую поверхность теплообмена: .

Если теплоносители будут двигаться прямотоком, Δt_ср будет иметь иное значение, а значит другой будет и F:

t_1н t_1к Δt_б = t_1н – t_2н;

t_2н t_2к Δt_м = t_1к – t_2к.

Пример 2.1.5 G кг/ч метилового спирта подогреваются от t_н до t_к °С, проходя по трубному пространству теплообменника, состоящего из 19 труб диаметром 16х2 мм. Определить коэффициент теплоотдачи, если принять температуру стенки t_ст °С.

РЕШЕНИЕ

Следует помнить, что коэффициент теплоотдачи зависит от многих факторов: геометрии поверхности, характера движения потока, физических свойств теплоносителя. Поэтому невозможно получить общее уравнение для расчета коэффициента теплоотдачи α. Лишь путем обобщения опытных данных с помощью теории подобия были получены обобщенные критериальные уравнения для типовых случаев теплоотдачи.

При решении задач такого типа необходимо для данного случая теплоотдачи выбрать критериальное уравнение для расчета критерия Нуссельта (Nu) ([4], табл. 4.1, с. 151), а затем из критерия Nu определить коэффициент теплоотдачи α.

Критерий Нуссельта равен

(2.11)

где α – коэффициент теплоотдачи, Вт/м^{2 .} К;

l – определяющий геометрический размер, м;

λ – коэффициент теплопроводности, Вт/м ^. К.

В данной задаче сначала рассчитываем критерий Re для определения режима движения метилового спирта

.

Скорость W определяем из массового расхода: ; физические свойства ρ, μ находим при средней температуре потока (см. таблицу 1 и 2).

Так, например, если получим при расчете значение Re > 10000, т.е. турбулентное движение из ([4], с. 151, 152) выбираем формулу для расчета критерия Nu:

Nu = 0,021 ^. Re^{0,8 .} Pr^0,43 (Pr / Pr_ст)^0,25,

где Pr – критерий Прандтля.

Значения критерия Pr можно найти из номограммы ([4], с. 564) или рассчитать по формуле

.

(2.12)

Следует обратить внимание, что при расчете критерия Pr значения удельной теплоемкости С, вязкости μ и теплопроводности λ выбираются при средней температуре метилового спирта (t_н + t_к) / 2, а при определении критерия Pr_ст – при температуре стенки t_ст.

После определения критерия Nu, из уравнения (2.11) находим коэффициент теплоотдачи , приняв в качестве определяющего размера эквивалентный диаметр трубного пространства (формула 1.9).

Пример 2.1.6. Для уменьшения потерь теплоты от паропровода диаметром 18х1 мм предлагаются изоляционные материалы: шлаковата и шерстяной войлок. Какой материал необходимо принять в качестве изоляции, если от поверхности изоляции к окружающей среде коэффициент теплоотдачи α₂ = 8 Вт/(м^{2 .} К)?

РЕШЕНИЕ

При выборе материала для тепловой изоляции трубопроводов необходимо руководствоваться следующими соображениями.

При наложении тепловой изоляции на трубопровод тепловые потери уменьшаются не пропорционально увеличению толщины изоляции. Более того, при неправильном выборе материала изоляции теплопотери возрастут. Это связано с тем, что изоляция трубопровода приводит к увеличению внешней поверхности.

Проверка пригодности материала изоляции для уменьшения потерь от трубопровода в окружающую среду производится по критическому радиусу или критическому диаметру:

или ,

(2.13)

где λ_из – теплопроводность материала изоляции;

α₂ – коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляции в окружающую среду.

Если

или ,

(2.14)

где R и D – наружный радиус и диаметр неизолированного трубопровода, соответственно, то покрытие трубопровода такой изоляцией будет снижать теплопотери в окружающую среду.

Сочетая уравнения (2.13) и (2.14), получаем условие для выбора теплоизоляционного материала:

или .

(2.15)

То есть в нашем примере необходимо, чтобы λ_из 0,072 (Вт/(м ^. К). Из таблицы 7 находим, что для шлаковаты λ_из = 0,076 (Вт/(м ^. К), а для шерстяного войлока λ_из = 0,047 (Вт/(м ^. К). Условию (2.15) отвечает шерстяной войлок; его и необходимо выбрать в качестве изоляционного материала.

2.1.1. Стена из силикатного кирпича толщиной 250 мм имеет с одной стороны температуру –30 °С, а с другой – температуру +20 °С. Найти плотность теплового потока через стену и глубину ее промерзания до температуры 0 °С, считая коэффициент теплопроводности материала стены постоянным.

2.1.2. Стенка опытной установки покрыта снаружи изоляционным слоем толщиной 260 мм. Она обогревается изнутри так, что на наружной поверхности изоляции поддерживается температура 35 °С. Для изучения тепловых потерь в изоляцию на глубину 55 мм от наружной поверхности заделана термопара, которая показывает 70 °С. Определить температуру на поверхности контакта стенки и изоляции.

2.1.3. Стенка холодильной камеры сделана из пробковой плиты толщиной 100мм и обшита с обеих сторон сосновыми досками толщиной 15 мм каждая. На внешней поверхности досок температуры соответственно: +20 °С и –12 °С. Определить потери теплоты через 1 м² поверхности стенки и температуры на обеих поверхностях пробковой плиты. Где в пробковой плите располагается изотермическая поверхность с t = 0 °С?

2.1.4. Паропровод с внешним диаметром 80 мм и температурой на наружной поверхности 180 °С покрывается слоем минеральной ваты толщиной 50мм. Найти суточную потерю теплоты паропроводом длиной 30 м, если температура на наружной поверхности изоляции 32 °С.

2.1.5. Трубу покрывают двумя слоями изоляции из разных материалов, но одинаковой толщины. Первый слой, лежащий на трубе, имеет коэффициент теплопроводности в 3 раза больше, чем второй Наружный диаметр неизолированной трубы в 6 раз больше толщины одного слоя изоляции. В какую сторону и во сколько раз изменятся тепловые потери с 1 м длины трубопровода, если слои изоляции поменять местами.

2.1.6. По стеклянному трубопроводу диаметром 50х3 мм движется жидкость со скоростью 0,5 м/с. Теплоемкость жидкости 3,84 кДж/кг ^. К, плотность 1030 кг/м³. На внутренней поверхности трубы температура 74,5 °С. Определить температуру на наружной поверхности трубы, если на каждые 10 м длины трубопровода температура жидкости снижается на 1 °С.

2.1.7. Бетонные трубы, имеющие диаметр 150х25 мм, надо проложить в грунте. Температура грунта на внешней поверхности трубы может снизиться до –1,82 °С. Жидкость в трубах замерзает при температуре –0,5 °С. Можно ли прокладывать трубы без теплоизоляции, если линейная плотность теплового потока через стенку трубы равна 21,7 Вт/м?

2.1.8. В теплообменнике – стальные трубы с толщиной стенки 8 мм. На поверхностях труб ржавчина толщиной 2 мм и отложение накипи толщиной 3 мм. Если считать, что коэффициенты теплоотдачи с обеих сторон стенки трубы очень велики, чему будет равен наибольший возможный коэффициент теплопередачи?

Дата добавления: 2017-02-01