Решение задачи по теплообмену: t в1=15

Для решения задачи по теплообмену нам необходимо рассчитать тепловую нагрузку, средний температурный напор и коэффициент теплопередачи. Поскольку в условии не указаны конечные температуры воды и конденсата, примем стандартные значения для подобных инженерных задач: \(t_{в2} = 45 \, ^\circ C\), \(t_{к1} = 90 \, ^\circ C\), \(t_{к2} = 70 \, ^\circ C\). Задача 2. Теплообмен Дано: Расход воды: \(W = 1 \, кг/с\) Начальная температура воды: \(t_{в1} = 15 \, ^\circ C\) Конечная температура воды: \(t_{в2} = 45 \, ^\circ C\) Начальная температура конденсата: \(t_{к1} = 90 \, ^\circ C\) Конечная температура конденсата: \(t_{к2} = 70 \, ^\circ C\) Диаметр внутренней трубы: \(d = 38 \, мм = 0,038 \, м\) Толщина стенки: \(\delta = 1,5 \, мм = 0,0015 \, м\) Длина одной секции: \(l = 3 \, м\) Удельная теплоемкость воды: \(c_p \approx 4187 \, Дж/(кг \cdot ^\circ C)\) Коэффициент теплопередачи (ориентировочно для системы вода-вода): \(K \approx 1200 \, Вт/(м^2 \cdot ^\circ C)\) Найти: Площадь поверхности нагрева \(F\), число секций \(n\). Решение: 1. Определим тепловую нагрузку теплообменника (количество теплоты): \[Q = W \cdot c_p \cdot (t_{в2} - t_{в1})\] \[Q = 1 \cdot 4187 \cdot (45 - 15) = 125610 \, Вт = 125,6 \, кВт\] 2. Рассчитаем среднелогарифмический температурный напор для противотока: Больший температурный напор на концах аппарата: \[\Delta t_{бол} = t_{к1} - t_{в2} = 90 - 45 = 45 \, ^\circ C\] Меньший температурный напор: \[\Delta t_{мен} = t_{к2} - t_{в1} = 70 - 15 = 55 \, ^\circ C\] Средний напор: \[\Delta t_{ср} = \frac{\Delta t_{бол} - \Delta t_{мен}}{\ln(\Delta t_{бол} / \Delta t_{мен})}\] \[\Delta t_{ср} = \frac{45 - 55}{\ln(45 / 55)} \approx \frac{-10}{-0,2006} \approx 49,85 \, ^\circ C\] 3. Определим требуемую площадь поверхности теплообмена: \[F = \frac{Q}{K \cdot \Delta t_{ср}}\] \[F = \frac{125610}{1200 \cdot 49,85} \approx 2,1 \, м^2\] 4. Рассчитаем площадь поверхности одной секции (по наружному диаметру внутренней трубы): Наружный диаметр внутренней трубы: \(d_{нар} = d + 2\delta = 38 + 2 \cdot 1,5 = 41 \, мм = 0,041 \, м\) \[f_{сек} = \pi \cdot d_{нар} \cdot l\] \[f_{сек} = 3,14 \cdot 0,041 \cdot 3 \approx 0,386 \, м^2\] 5. Определим число секций: \[n = \frac{F}{f_{сек}}\] \[n = \frac{2,1}{0,386} \approx 5,44\] Принимаем ближайшее целое число секций: \(n = 6\). Ответ: Площадь поверхности нагрева \(F \approx 2,1 \, м^2\), число секций \(n = 6\).