Identifikátor materiálu: ICT 2 58

Transkript

1 Identifikátor materiálu: ICT 58 Registrační číslo projektu Název projektu Název příjemce podpory název materiálu (DUM) Anotace Autor Jazyk Očekávaný výstup Klíčová slova Druh učebního materiálu Druh interaktivity Cílová skupina Stupeň a typ vzdělávání Typická věková skupina Celková velikost; název souboru CZ..07/.5.00/ Vzděláváme pro život SOU plynárenské Pardubice Mechanika - Termomechanika Protiproudý výměník tepla Protiproudý výměník tepla Ing. Jan BRANDA Čeština Žák si osvojí znalost o protiproudém výměníku tepla a aplikuje ji na praktickém příkladu výpočtu parametrů výměníku. Pracovní list, cvičení Aktivita Žák střední vzdělání s výučním listem / střední vzdělání s maturitní zkouškou od 5 do 6 let /.;.; 3.; 4. ročník do 000 kb; ICT--58.doc Prameny a literatura: MIČKAL, Karel. Technická mechanika II: pro střední odborná učiliště. Vyd. 3., nezm. Praha: Informatorium, 998c990, 8 s. ISBN MIČKAL, Karel. Sbírka úloh z technické mechaniky pro střední odborná učiliště a střední odborné školy: pro střední odborná učiliště a střední odborné školy. 5. nezměn. vyd. Praha: Informatorium, 998, 65 s. ISBN X. Studijní materiál: Mechanika III (.díl, Termomechanika tekutin), M.H. 004, SPŠ Uherské Hradiště. Dílo smí být dále šířeno pod licencí CC BY-SA ( Materiály jsou určeny pro bezplatné používání pro potřeby výuky a vzdělávání na všech typech škol a školských zařízení. Jakékoliv další využití podléhá autorskému zákonu. Všechna neocitovaná autorská díla jsou dílem autora. Všechny neocitované kliparty jsou součástí prostředků výukového sw MS Word. ICT--58 Termomechanika Protiproudý výměník tepla

2 Termomechanika Protiproudý výměník tepla Protiproudý výměník ve funkci: Ohřívače, kde topná látka předává svou tepelnou energii látce chladnější. kde: m [kg.s - hmotnostní průtok primárního okruhu m [kg.s - hmotnostní průtok sekundárního okruhu Primární okruh T = t t [C velikost ochlazení topné látky. Sekundární okruh O = t t [C velikost ohřátí ohřívané látky. ICT--58 Termomechanika Protiproudý výměník tepla

3 Souproudý výměník ve funkci: Chladiče, kde chladící látka (chladivo) přijímá tepelnou energii z látky teplejší, která se tím ochlazuje. kde: m [kg.s - hmotnostní průtok primárního okruhu m [kg.s - hmotnostní průtok sekundárního okruhu Primární okruh CH = t t [C velikost ohřátí chladící látky. Sekundární okruh O = t t [C velikost ochlazení ochlazované látky. Pro dimenzování (návrh) velikosti teplosměnná plochy výměníku je důležitou hodnotou tzv.: STŘEDNÍ TEPLOTNÍ SPÁD. S. ICT--58 Termomechanika Protiproudý výměník tepla 3

4 K jeho výpočtu je nutné nejdříve zjistit velikost teplotních spádů na levé straně výměníku a na pravé straně výměníku. kde: pro ohřívač: (max) = t t [C a (min) = t t [C pro chladič: (max) = t t [C a (min) = t t [C Dále je nutné zjistit vzájemný poměr obou teplotních spádů: Pro Pro (max) (min) ( + ) (max) (min) (,7) S = [ C ( = log (min) ) [ (max) (max) (min) > (,7) S (min) (max) Pokud použijete přirozený logaritmus, pak Pro (max) (min) ( ) (max) (min) > (,7) S = [ C (max) ln (min) Ze znalosti sdílení tepla určíme matematický vztah pro výpočet tepelného toku. [ W k = k S S S = S [m C k = [ W m K l + + α λ α α [W.m -.K - součinitel přestupu tepla λ [W.m -.K - součinitel tepelné vodivosti k [W.m -.K - součinitel prostupu tepla stěnou. ICT--58 Termomechanika Protiproudý výměník tepla 4

5 Pokud je některou látkou pára, pak pro tepelný tok platí vztah = m i [W, kde m je hmotnostní průtok páry a i je rozdíl entalpii páry na vstupu a výstupu. Pro jednotlivé tepelné toky v primárním okruhu, sekundárním okruhu a výměníku platí zákon zachování energie: = = výměníku [ W Úkol č.: zmatematizujte a vypočítejte ) Předávací stanice tepla má zásobovat sídliště 7 bytových jednotek teplem pro ústřední topení (ÚT). Stanice bude napájena přivaděčem horké vody (ρ = 958 [kg.m -3 ) z centrálního zdroje tepla (CZT), vstupní teplota ÚT primární okruh je 0 [ C. Předávací stanice bude osazena dvěma protiproudými výměníky typu WTT o polovičním tepelném výkonu. Průměrná tepelná ztráta na bytovou jednotku ÚT je 9 [kw. Výměník je vyroben z materiálu se součinitelem přestupu tepla 6000 [W.m -.K -. Síla stěny výměníku je,5 [mm, součinitel tepelné vodivost je 50 [W.m -.K -. Technický list výměníku, viz. příloha: a) Vypočítejte celkovou tepelnou ztráta ÚT a navrhněte k tomu patřičný typ výměníku (dále počítejte s hodnotami navrženého výměníku). b) Vypočítejte hmotnostní průtok v primárním okruhu výměníku, dopočítejte teplotu na výstupu primárního okruhu. c) Vypočítejte teplosměnnou plochu výměníku. ICT--58 Termomechanika Protiproudý výměník tepla 5

6 Výsledek úkolu č.: Protiproudý výměník ve funkci ohřívače. Primární okruh Horká voda (topná látka). m...? [kg.s - t... 0 [ C t...? [ C ρ 958 [kg.m -3. Sekundární okruh Voda ÚT jako ohřívaná látka. t [ C t [ C c 400 [J.kg -.K - ; λ 50 [W.m -.K - ; α 6000 [W.m -.K - a) Vypočítejte celkovou tepelnou ztráta ÚT a navrhněte k tomu patřičný typ výměníku (dále počítejte s hodnotami navrženého výměníku). Dva protiproudé výměníky typu WTT dle technického listu. 7 byt. jednotek; tepelná ztráta na byt. jednotu 9 [kw Celková ztráta = = Navržený výměník: 35 [kw WP7/40L V 34 [ kw 5,9 3 3 = 5,9 [ m hod =,644 0 [ m s b) Vypočítejte hmotnostní průtok v primárním okruhu výměníku, dopočítejte teplotu na výstupu primárního okruhu. m 3 = V ρ =, =,575 [ kg s m c ( t t )[ W = ICT--58 Termomechanika Protiproudý výměník tepla 6

7 t = t = 0 = 70,87 [ C m c, c) Vypočítejte teplosměnnou plochu výměníku. t... 0 [ C t... 70,78 7[ C t [ C t [ C λ 50 [W.m -.K - ; α 6000 [W.m -.K - (max) = t t = 0 85 = 35 [C (min) = t t = 7 65 = 6 [C (max) (min) = 35 6 = 5,83 > (,7) (35 6) S = = 6,44 [ C 35 ln 6 ( ln (min) ) [ C (max) (min) S = (max) k = =.93 [ W m 3,5 0 K S k = k S S [ W S = = = 6,786 [m.93 6,44 ICT--58 Termomechanika Protiproudý výměník tepla 7 S [m Rozměry jedné desky navrženého výměníku WP7/40L: A x B = 69 x 59 [mm = 0,430 [m S Počet desek výměníku: S 6,786 n = = = 47,69 48desek S 0,430

8 Úkol č.: zmatematizujte a vypočítejte ) V protiproudém chladiči se ochlazuje vzduch vodou. Do výměníku vstupuje 0,355 [kg.s - vzduchu o tlaku 0,4 [MPa a teplotě 0 [ C. Vzduch z výměníku odvádíme o stejném tlaku a teplotě 30 [ C. Vzduch je ochlazován vodou přiváděnou do výměníku o teplotě [ C a teplota odváděné vody je 5 [ C. Měrná tepelná kapacita vzduchu při stálém tlaku je,005 [kj.kg -.K - a při stálém objemu je 77 [kj.kg -.K -, měrná tepelná kapacita vody je 4, [kj.kg -.K - a součinitel prostupu tepla ve výměníku je 65 [W.m -.K - a) Vypočítejte hmotnostní průtok vody výměníkem v primárním okruhu. b) Vypočítejte teplosměnnou plochu výměníku. ICT--58 Termomechanika Protiproudý výměník tepla 8

9 Výsledek úkolu č.: Protiproudý výměník ve funkci chladiče. Primární okruh Voda jako (ochlazovaná látka) chladivo t... [ C t... 5 [ C c 400 [J.kg -.K - m...? [kg.s - Sekundární okruh Vzduch jako ochlazovaná látka m... 0,355 [kg.s - p... 0,4 [MPa = [Pa t... 0 [ C t [ C c V 77 [J.kg -.K - c p 005 [J.kg -.K - k 65 [W.m -.K - a) Vypočítejte hmotnostní průtok vody výměníkem v primárním okruhu. m c p ( t t ) = 0, (0 30)[ W = = 3.09,75 [ přičemž = = [ W W m = m c ( t t ) [ W m = [ kg s c ( t t ) = 3.09,75 = 0,588[ kg 400 (5 ) s p ICT--58 Termomechanika Protiproudý výměník tepla 9

10 b) Vypočítejte teplosměnnou plochu výměníku. t... [ C t... 5 [ C t... 0 [ C t [ C k 65 [W.m -.K - (max) = t t = 0 5 = 95 [C (min) = t t = 30 = 8 [C (max) (min) = 95 8 = 5,8 (95 8) S = = 46,9 [ C 95 ln 8 = k S S [ W S = k 3.09,75 S = = 0,67 [m 65 46,9 ( (max) (min) ) > (,7) S = [ C (max) ln S [m (min) ICT--58 Termomechanika Protiproudý výměník tepla 0

11 Příloha: Technický list výměníku ICT--58 Termomechanika Protiproudý výměník tepla