Решение.
а)
.
.
.
б)
.
.
.
в)
.
.
.
г)
.
.
.
д)
.
.
.
.
Задача 14.
Внутри параллельных труб двухходового кожухотрубчатого теплообменника со скоростью 9 м/с проходит воздух, нагреваясь от воды, поступающей в межтрубное пространство. Скорость воды в межтрубном пространстве 0,1 м/с, её средняя температура 85°С. Температура воздуха на входе 45°С, на выходе 55°С. Показание дифманометра на входе воздуха 300 мм спиртового столба, на выходе 100 мм. В качестве манометрической жидкости в дифманометрах используется этиловый спирт. Атмосферное давление 740 мм рт. ст. Число труб теплообменника 100, их диаметр 25×2 мм; диаметр кожуха теплообменника 400 мм.
Рассчитать:
объёмный и массовый расходы воды;
критерий Рейнольдса для межтрубного пространства (вода);
массовый расход воздуха;
объёмный расход воздуха на входе в теплообменник;
объёмный расход воздуха на выходе из теплообменника;
критерий Рейнольдса для внутритрубного пространства (воздух).
Решение.
1) Объёмный и массовый расходы воды(горячий теплоноситель принято обозначать «1»).
Площадь сечения межтрубного пространства:
.
Объёмный расход воды:
.
Плотность воды при 85°С:
[1, табл.IV; 6, с. 5].
Массовый расход воды:
.
2) Критерий Рейнольдса для межтрубного пространства (вода).
Эквивалентный диаметр межтрубного пространства:
.
Вязкость воды при 85°С:
[1, табл.VI; 6, с. 5].
Вязкость воды может быть также рассчитана по формуле (в Па·с):
.
Критерий Рейнольдса для воды:
.
3) Массовый расход воздуха.
Плотность этилового спирта при 20°С:
[1, табл.IV; 6, с. 14].
Пересчёт мм столба этанола в мм ртутного
столба:
,
,
.
Молярная масса воздуха:
.
Плотность воздуха:
,
.
Средняя плотность воздуха:
.
Площадь сечения внутритрубного пространства:
.
Массовый расход воздуха:
.
4) Объёмный расход воздуха на входе в теплообменник:
.
5) Объёмный расход воздуха на выходе из теплообменника:
.
6) Критерий Рейнольдса для внутритрубного пространства (воздух).
Эквивалентный диаметр внутритрубного пространства:
.
Вязкость воздуха при средней температуре
:
.
Критерий Рейнольдса для воздуха:
.
Задача 15.
Воздух движется в кольцевом зазоре, образованном внешней и внутренней трубой двухтрубного теплообменника. Диаметр внешней трубы 105×2,5 мм, внутренней 50×2 мм. Температура воздуха 20°С, давление 1 кгс/см2. Найти ламинарную и турбулентную скорости движения воздуха.
Решение.
Эквивалентный диаметр кольцевого канала:
.
Плотность воздуха:
.
Вязкость воздуха:
.
Ламинарная скорость:
.
Турбулентная скорость:
.
Задача 16.
Как изменится критерий Рейнольдса, если один поток разбить на 25 потоков не меняя суммарного сечения.
Решение.
Суммарное сечение потока:
.
Связь между диаметрами:
.
Отношение критериев Рейнольдса:
.
После дробления одного потока на 25 потоков критерий Рейнольдса уменьшится в 5 раз.
Дробление потока всегда приводит к снижению турбулентности потока.
Задача 17.
В теплообменник поступает 9540 кг/ч насыщенного водяного пара при температуре 160°С. Пар полностью конденсируется, а конденсат отводится без охлаждения. Рассчитать диаметры трубопроводов для подвода пара и отвода конденсата. Определить также критерий Рейнольдса.