a)
Strumień wymienianego ciepła dla każdej prędkości przepływu wody
Q1= m1 c1 (t 1p - t 1k)
m1 -strumień masy wody gorącej [kg/s]
c1 -ciepło właściwe wody gorącej w temperaturze średniej [kJ/(kg K)]
t 1p- temperatura wody gorącej na wlocie do wymiennika [
]
t 1k- temperatura wody gorącej na wylocie do wymiennika [
]
2000ml=2l=2kg
●ciepło właściwe
tśr=(47,7+34,5+48+35,1+47,7+35,8+47,7+36,7+48,5+38,4)/10 = 42[
]
40
-4,18 kJ/(kg K)
50
-4,18 kJ/(kg K)
Więc ciepło właściwe wynosi =4,18 [kJ/(kg K)]
1.Przepływ nr 1
●strumień masowy
m1=(2kg/42,1s)=0,048 kg/s
●strumień ciepła
Q1=0,048 kg/s ∙4,18 kJ/(kg K) ∙ (47,7
-34,5
)=2,65 k W
2.Przepływ nr 2
●strumień masowy
m2=(2kg/39,1s)=0,051 kg/s
●strumień ciepła
Q2=0,051 kg/s ∙4,18 kJ/(kg K) ∙(48
-35,1
)=2,75 k W
3.Przepływ nr 3
●strumień masowy
m3=(2kg/36,6s) = 0,055kg/s
●strumień ciepła
Q3=0,055 kg/s ∙4,18 kJ/(kg K) ∙ (47,7
-35,8
)=2,74 k W
4.Przepływ nr 4
●strumień masowy
m4=(2kg/34s)=0,059 kg/s
●strumień ciepła
Q4=0,059 kg/s ∙4,18 kJ/(kg K) ∙ (47,6
-36,7
)=2,69 k W
5.Przepływ nr 5
●strumień masowy
m5=(2kg/30,7s)=0,065 kg/s
●strumień ciepła
Q5=0,065 kg/s ∙4,18 kJ/(kg K) ∙ (48,5
-38,4
)=2,74 k W
Powierzchnia wymiany ciepła
dd=10mm=0,010m
dm=6mm=0,006m
Zastępcza różnica temperatury dla każdej prędkości przepływu wody
I
II
III
IV
V
Współczynnik przenikania ciepła (k) dla każdej prędkości przepływu wody (ze wzoru (6.1):
Q=k*F*∆tz,
Gdzie: Q- strumień przenikającego ciepła [W]
k- współczynnik przenikania ciepła [W/m2*K]
F- powierzchnia wymiany ciepła [m2]
∆tz- średnia (zastępcza) różnica temperatury między czynnikami [K]
1) F=0,0984 [m2]
∆tz1=19,4 [K]
Q1=2,65 [kW]= 2650[W]
[W/ m2*K]
2) ∆tz2=19,61 [K]
Q2= 2,75 [kW]= 2750 [W]
[W/ m2*K]
3) ∆tz3 = 19,55[K]
Q3=2,74 [kW]= 2740 [W]
[W/ m2*K]
4) ∆tz4= 19,62 [K]
Q4= 2,69 [kW]= 2690 [W]
[W/ m2*K]
5) ∆tz5 = 20,32 [K]
Q5= 2,74 [kW]= 2740 [W]
[W/ m2*K]
Liniowa prędkość przepływu (u1) wody gorącej ze wzoru:
, gdzie:
- gęstość wody gorącej w temperaturze średniej [kg/m3]
40
- 992 kg/m3
50
- 988 kg/m3
=991,2 [kg/m3]
(odczytane z tablic dla średniej temp tśr=42
)
d1 - średnica wewnętrzna rury środkowej [m]
d1=6mm=0,006m
Wyniki obliczeń dla danych strumieni masy gorącej znajdują się poniżej w tabelce:
|
ustawienie pływaka |
m1 [kg/s] |
prędkość liniowa u1 [m/s] |
Przeciwprąd |
1 |
0,048 |
1,71 |
|
2 |
0,051 |
1,82 |
|
3 |
0,055 |
1,96 |
|
4 |
0,059 |
2,11 |
|
5 |
0,065 |
2,32 |
Wykres funkcji k=f(u)
Strumień ciepła przejmowanego przez wodę zimną:
Q2= m2 c2 (t2k -t2p)
m2 strumień wody zimnej
masa=v*d=0,002* 995,54=1,99=2kg
d dla temperatury 31,16oC wynosi 995,54 kg/m3
Strumień przepływu 2kg/47,18s=0,0424kg/s
c2 ciepło właściwe wody zimnej w temperaturze średniej 4,19kJ/kg
t2k temperatura wody zimnej na wylocie
t2p temperatura wody zimnej na wlocie
Q2= 0,0424*4,18*(31,16-13,2)=3,18kJ/s=3,18 kW
Straty ciepła
QstrI = Q2 - QI = 3180 - 2650 = 530 W
QstrII = Q2 - QII = 3180 - 2750 = 430 W
QstrIII = Q2 - QIII = 3180 - 2740 = 440 W
QstrIV = Q2 - QIV = 3180 - 2690 = 490 W
QstrV = Q2 - QV = 3180 - 2740 = 440 W