ZAKRES WYMAGANYCH WIADOMOŚCI

Klasyfikacja wymienników ciepła, wymienniki współprądowe i przeciwprądowe. Podstawy obliczeń wymienników ciepła: bilans energii, średnia logarytmiczna różnica temperatury, powierzchnia wymiennika, współczynnik przenikania ciepła.

ZADANIA

1. Długi cienkościenny wymiennik ciepła typu „rura w rurze” z rurami o średnicach wewnętrznych 1.0 cm i 2.5 cm, używany jest do chłodzenia gorącego czynnika przez wodę o temp. 20°C. Wielkość współczynnika przejmowania ciepła w wyniku konwekcji dla przepływu czynnika chłodzącego w rurze wynosi 5000 W/(m²∙K). Wydatek wody wynosi 0.3 kg/s. Określ całkowity współczynnik przenikania ciepła w wymienniku ciepła.

2. W współprądowym wymienniku ciepła typu „rura w rurze”, przepływa woda z prędkością 0.2 kg/s, o temp. 25°C na wlocie i 60°C na wylocie. Nagrzewanie dokonywane jest od wody geotermalnej (c_p = 4310 J/(kg∙K)) dostępnej w temp. 140°C i ṁ = 0.3 (kg/s). Cienkościenna wewnętrzna rura posiada średnicę 0.8 cm. Oblicz długość rury potrzebnej do osiągnięcia pożądanego nagrzewania. Współczynnik przenikania ciepła 0,55 kW/(m²∙K).

3. W przeciwprądowym wymienniku ciepła typu „rura w rurze” jest chłodzony glikol etylowy od temp 80°C do temp. 40°C (c_p = 2560 J/(kg∙K), ṁ = 3.5 (kg/s)). Temperatura wody na wejściu do wymiennika wynosi 20°C, na wyjściu 55°C. Całkowity współczynnik przenikania ciepła obliczony na podstawie wewnętrznego pola powierzchni rury wynosi 250 W/(m²∙K). Określ: a) wielkość przepływu ciepła, b) strumień masy wody, kg/s, c) pole powierzchni przepływu ciepła po wewnętrznej stronie rury.

4. Glikol etylowy jest nagrzewany od temp. 20°C do 40°C w poziomej miedzianej rurze (λ = 386 W/(m∙K), ṁ = 1 (kg/s)). Średnica wewnętrznej rury wynosi 2.0 cm, zewnętrznej 2.5 cm. Temperatura medium nagrzewającego wynosi 110°C. Współczynnik przejmowania ciepła na powierzchni zewnętrznej rury wynosi
   kW/(m²∙K), gdzie t_w - średnia temperatura powierzchni rury. Oblicz długość rury.

---