Př. 10.12, 10.13 - termomechanika

TERMOMECHANIKA
Title
Přejít na obsah

Př. 10.12, 10.13

Příklady k řešení kap. 7-10
10.12
 
Horkou odpadní vodou se ohřívá voda pro sprchy ve dvoutrubkovém výměníku, složeném z několika sekcí (jedná se o protiproudý výměník typ „trubka v trubce“). Délka trubky v sekci je 2 m. Horká voda se pohybuje uvnitř vnitřní ocelové trubky (λ = 50 W∙m-1∙K-1), která má vnější průměr 35 mm a tloušťku stěny 1,5 mm. Hmotnostní průtok horké vody je 0,5 kg∙s-1, její vstupní teplota je 90 °C. Ohřívaná voda protéká mezikružím mezi trubkami a její teplota se má ve výměníku zvýšit z 10 °C na 45 °C. Hmotnostní průtok ohřívané vody je 1 kg∙s-1. Vypočítejte potřebný počet sekcí, když zanedbáváme tepelné ztráty.
 
Součinitel přestupu tepla na obou stranách společné stěny je: α1 = α2 = 2200 W∙m-2∙K-1.
 
Měrná tepelná kapacita horké vody cp = 4,2 kJ∙kg-1∙K-1.
 
Měrná tepelná kapacita ohřívané vody cp = 4,18 kJ∙kg-1∙K-1.

 
 

Řešení
 
-       Nejprve vyřešíte tepelnou bilanci výměníku. Předaný tepelný tok odpadní vody vypočítáte ze známých parametrů horké vody.
 
-       Dopočítáte neznámou teplotu z předaného tepelného toku
 
-       Z teplot ve výměníku vypočítáte střední logaritmický teplotní spád.
 
V příkladech většinou počítáte velikost teplosměnné plochy. U trubek se ale častěji počítá délka trubky.
 
-       Pro dokončení výpočtu potřebujete dopočítat součinitel prostupu tepla válcovou stěnou, který jste řešili minulá týden.    
 
-       Požadovaný (vypočítaný) tepelný tok odpovídá součinu středního teplotního spádu, délky trubky a součinitele prostupu tepla vztaženého na 1 m délky trubky kℓ [W.m-1.K-1]. Odtud vypočítáte neznámou délku trubky. Tuto délku podělíte 2 m a dostanete počet trubek (celé číslo zaokrouhleno nahoru).
 
Poznámka: Příklad vychází ze zadání ze skript Termomechanika návody do cvičení. Pouze některé zadané hodnoty jsou odlišné.


10.13
Vzduchovým ohřívačem proudí 2,5 mn3∙s-1 vzduchu. Vzduch je ohříván v souproudém výměníku, kterým proudí 0,6 kg∙s-1 vody. Voda se ve výměníku ochladí z 85 °C na 45 °C.
a)    Jaká bude výstupní teplota vzduchu, má-li vzduch na vstupu do výměníku teplotu 0 °C.
b)    Vypočítejte plochu výměníku, je-li součinitel prostupu tepla k = 55 W∙m-2∙K-1.

Zápis

Výpočet
ad a) Výstupní teplota vzduchu [°C]
-       Vypočítáte z proudícího media, kde jsou zadány všechny hodnoty tepelný tok Q [W]
-       Stejný tepelný tok je předán vzduchovým ohřívačem vzduchu. Z rovnice pro předaný tepelný tok vypočítáte neznámou teplotu.
ad b) Teplosměnná plocha výměníku Stp [m2]
-       Z teplot stanovíte střední logaritmický teplotní spád. Tato hodnota nám vyjadřuje střední teplotní rozdíl, mezi proudícími látkami.  
-       Z rovnice pro vyjádření tepelného toku mezi oběma pracovními látkami vypočítáte teplosměnnou plochu.
Poznámka: Příklad vychází ze zadání ze skript Termomechanika návody do cvičení. Některé zadané hodnoty jsou rozdílné.

řešené příklady do termomechaniky
Návrat na obsah