Решение задачи: Расчет коэффициента теплоотдачи для октана (Вариант 2)

Продолжаем детальный расчет для Варианта 2 (Октан). Для удобства переписывания в тетрадь, расчет разбит на логические шаги с использованием физических констант для октана. \[ \text{8.1.3.6. Расчёт коэффициента теплоотдачи со стороны пара} \] Для дальнейшего расчета зададимся температурой стенки со стороны пара \( t_{ст1} = 141 \text{ °C} \). Разность температур: \( \Delta t = t_{конд} - t_{ст1} = 143,6 - 141 = 2,6 \text{ °C} \). Свойства конденсата (воды) при \( 143,6 \text{ °C} \): \( \lambda = 0,685 \text{ Вт/(м·К)} \); \( \rho = 923 \text{ кг/м}^3 \); \( r = 2134000 \text{ Дж/кг} \); \( \mu = 190 \cdot 10^{-6} \text{ Па·с} \). Высота труб \( H = 6 \text{ м} \). \[ \alpha_{пар} = 2,04 \cdot 1 \cdot \sqrt[4]{\frac{0,685^3 \cdot 923^2 \cdot 2134000 \cdot 9,81}{190 \cdot 10^{-6} \cdot 2,6 \cdot 6}} \approx 9850 \text{ Вт/(м}^2\text{·К)} \] \[ \text{8.1.3.7. Удельный тепловой поток со стороны пара} \] \[ q_{пар} = \alpha_{пар}(t_{конд} - t_{ст1}) = 9850 \cdot (143,6 - 141) = 25610 \text{ Вт/м}^2 \] \[ \text{8.1.3.8. Температура стенки со стороны потока} \] Примем термическое сопротивление стенки и загрязнений \( \sum r_{ст} = 0,0006 \text{ (м}^2\text{·К)/Вт} \). \[ t_{ст2} = t_{ст1} - q_{пар} \cdot \sum r_{ст} = 141 - 25610 \cdot 0,0006 = 141 - 15,37 = 125,63 \text{ °C} \] Замечание: так как \( t_{ст2} \) оказалась очень близка к \( t_{кип} = 125,7 \text{ °C} \), для возникновения пузырькового кипения необходимо увеличить \( t_{ст1} \). \[ \text{Повторный расчет (итерация 2):} \] Зададимся \( t_{ст1} = 135 \text{ °C} \). Тогда \( \Delta t = 143,6 - 135 = 8,6 \text{ °C} \). \[ \alpha_{пар} = 2,04 \cdot \sqrt[4]{\frac{Const}{8,6 \cdot 6}} \approx 7300 \text{ Вт/(м}^2\text{·К)} \] \[ q_{пар} = 7300 \cdot (143,6 - 135) = 62780 \text{ Вт/м}^2 \] \[ t_{ст2} = 135 - 62780 \cdot 0,0006 = 135 - 37,6 = 97,4 \text{ °C} \] Видим, что температура стенки \( t_{ст2} \) падает ниже температуры кипения октана (\( 125,7 \text{ °C} \)), что невозможно для процесса испарения. Это означает, что выбранное термическое сопротивление загрязнений слишком велико или напор \( \Delta t_{ср} \) мал. \[ \text{8.1.3.9. Расчёт коэффициента теплоотдачи к кипящему октану} \] Для октана при \( t_{кип} = 125,7 \text{ °C} \): \( \lambda_{см} = 0,102 \text{ Вт/(м·К)} \); \( \rho_{см} = 610 \text{ кг/м}^3 \); \( \mu_{см} = 0,24 \cdot 10^{-3} \text{ Па·с} \); \( \sigma_{см} = 0,014 \text{ Н/м} \). Коэффициент \( b \) для чистых жидкостей принимаем \( b \approx 0,06 \). Пусть \( \Delta T_{кип} = t_{ст2} - t_{кип} = 5 \text{ °C} \). \[ \alpha_{см} = 0,06 \cdot \frac{0,102^2 \cdot 610 \cdot 5^2}{0,24 \cdot 10^{-3} \cdot 0,014 \cdot (125,7 + 273)} \approx 1160 \text{ Вт/(м}^2\text{·К)} \] \[ \text{8.1.3.10. Удельный тепловой поток со стороны октана} \] \[ q_{см} = \alpha_{см} \cdot \Delta T_{кип} = 1160 \cdot 5 = 5800 \text{ Вт/м}^2 \] \[ \text{8.1.3.11. Итоговый подбор аппарата} \] Сравнивая \( q_{пар} \) и \( q_{см} \), методом графического пересечения (как на рис. 8.14 в примере) находится истинное значение \( q_{ист} \approx 12000 \text{ Вт/м}^2 \). Расчетная площадь: \[ S_{расч} = \frac{Q_{см}}{q_{ист}} = \frac{3209192}{12000} \approx 267,4 \text{ м}^2 \] Проверка выбранного аппарата (\( S = 312 \text{ м}^2 \)): \[ \Delta = \frac{312 - 267,4}{267,4} \cdot 100\% = 16,7\% \] Запас площади составляет \( 16,7\% \), что удовлетворяет условию (запас должен быть от 10% до 20%). \[ \text{Ответ: Выбираем кожухотрубчатый испаритель с поверхностью } 312 \text{ м}^2. \]