Wymienniki ciepła (LMTD): karta pracy z odpowiedziami

Darmowa karta pracy do druku – Wymienniki ciepła (LMTD): 6 zadań od łatwych do poziomu egzaminu, z kluczem odpowiedzi. Wydrukuj ją lub zapisz jako PDF.

Dla nauczycieli: można bezpłatnie drukować, kopiować i używać na zajęciach. Każdy nowy arkusz ma nowe wartości i własny klucz odpowiedzi. Będziemy wdzięczni za link do ExamProblems na stronie kursu.

Imię: ____________________   Data: ____________

1.Łatwy
długośćT100 °C70 °C?15 °CΔT₁ΔT₂przeciwprąd

Gorący olej (1,5 kg/s, cp = 2,1 kJ/(kg·K)) stygnie od 100 do 70 °C w wymienniku przeciwprądowym. Podgrzewa on 1 kg/s wody (cp = 4,18 kJ/(kg·K)), która wpływa z temperaturą 15 °C. Do otoczenia nie jest tracone żadne ciepło. Wyznacz temperaturę wody na wylocie Tc,out.

ṁh = 1,5 kg/scp,h = 2,1 kJ/(kg·K)Th: 100 → 70 °Cṁc = 1 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)Tc,in = 15 °C
Tc,out = °C
2.Łatwy
długośćT140 °C50 °C85 °C10 °CΔT₁ΔT₂przeciwprąd

W przeciwprądowym wymienniku ciepła gorący płyn stygnie od 140 do 50 °C, a zimny nagrzewa się od 10 do 85 °C. Wyznacz średnią logarytmiczną różnicę temperatur ΔTlm.

Th: 140 → 50 °CTc: 10 → 85 °C
ΔTlm = K
3.Średni
długośćT90 °C60 °C25 °C10 °CΔT₁ΔT₂przeciwprąd

Płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła (jeden przepływ w płaszczu, dwa przepływy w rurach) ma przekazywać 110 kW. Gorący płyn stygnie od 90 do 60 °C, a zimny nagrzewa się od 10 do 25 °C. Współczynnik poprawkowy LMTD dla tego układu wynosi F = 0,85, a U = 800 W/(m²·K). Wyznacz potrzebną powierzchnię wymiany ciepła A.

Q̇ = 110 kWF = 0,85U = 800 W/(m²·K)Th: 90 → 60 °CTc: 10 → 25 °C
A = m²
4.Średni
długośćT105 °C20 °C35 °CΔT₁ΔT₂kondensująca para

W skraplaczu para skrapla się na zewnętrznej powierzchni rur w stałej temperaturze 105 °C. Woda chłodząca (0,5 kg/s, cp = 4,18 kJ/(kg·K)) płynie przez rury i nagrzewa się od 20 do 35 °C. Współczynnik przenikania ciepła wynosi 1000 W/(m²·K). Wyznacz potrzebną powierzchnię wymiany ciepła A.

Ts = 105 °Cṁ = 0,5 kg/scp = 4,18 kJ/(kg·K)Tc: 20 → 35 °CU = 1000 W/(m²·K)
A = m²
5.Trudny
długośćT135 °C85 °C?15 °CΔT₁ΔT₂przeciwprąd

W przeciwprądowym wymienniku ciepła typu rura w rurze gorący olej (0,3 kg/s, cp = 2,3 kJ/(kg·K)) płynie w rurze wewnętrznej i stygnie od 135 do 85 °C. Woda (1 kg/s, cp = 4,18 kJ/(kg·K)) w przestrzeni pierścieniowej wpływa z temperaturą 15 °C. Rura wewnętrzna ma średnicę 20 mm, a U = 200 W/(m²·K) odnosi się do tej średnicy. Wyznacz potrzebną długość rury L.

ṁh = 0,3 kg/scp,h = 2,3 kJ/(kg·K)Th: 135 → 85 °Cṁc = 1 kg/sTc,in = 15 °CD = 20 mmU = 200 W/(m²·K)
L = m
6.Trudny
długośćT155 °C50 °C42,58 °C25 °CΔT₁ΔT₂przeciwprąd

Gorący olej (1 kg/s, cp = 2,1 kJ/(kg·K)) stygnie od 155 do 50 °C w wymienniku przeciwprądowym. Podgrzewa 3 kg/s wody (cp = 4,18 kJ/(kg·K)) wpływającej z temperaturą 25 °C. Przy U = 1000 W/(m²·K) wyznacz potrzebną powierzchnię wymiany ciepła A.

ṁh = 1 kg/scp,h = 2,1 kJ/(kg·K)Th: 155 → 50 °Cṁc = 3 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)Tc,in = 25 °CU = 1000 W/(m²·K)
A = m²

Klucz odpowiedzi

  1. 1. Tc,out = 37,61 °C
  2. 2. ΔTlm = 47,1 K
  3. 3. A = 2,829 m²
  4. 4. A = 0,4058 m²
  5. 5. L = 30,76 m
  6. 6. A = 3,792 m²

Pełne rozwiązania krok po kroku: ćwicz ten temat na examproblems.com.