Übungsaufgaben zu Berechnung von Wärmeübertragern Dr. W. Heidemann

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1 Übungsaufgaben Übungsaufgaben zu Berechnung von Wärmeübertragern Dr. W. Heidemann Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik 1

2 1. Übungsaufgabe 1) Nachprüfen eines vorhandenen Wärmeübertragers 2 Der Wärmedurchgangskoeffizient eines Wärmeübertragers mit der Fläche A 100 m wird für den Auslegungsfall experimentell nachgeprüft. Die Ströme werden im reinen Kreuzstrom geführt. Aus den Meßdaten sind bekannt W für den Stoffstrom 1: W C C K für den Stoffstrom 2: 2 25 C 2 65 C a) Welcher Wärmestrom wird übertragen? b) Wie groß sind der Wärmekapazitätsstrom W 2 und das Verhältnis R1 W 1 / W 2? c) Wie groß ist das Temperaturverhältnis? d) Wie groß ist die mittlere Temperaturdifferenz? e) Wie groß ist der Wärmedurchgangskoeffizient k? f) Wie groß ist die Austauschzahl NTU, wenn diese mit dem kleineren der zwei Wärmekapazitätsströme gebildet wird? 2) Entwerfen und Bemessen eines neuen Wärmeübertragers Führen Sie eine Grobauslegung für einen neu zu bauenden Rohrbündelwärmeübertrager durch. Dieser soll aus mehreren äußeren und doppelt so vielen inneren Durchgängen bestehen. Als Arbeitsfluide (heiß/kalt) sollen zwei Flüssigkeiten verwendet werden. Des Weiteren ist gegeben: W W K C W W K C 2

3 1. Übungsaufgabe Quelle: VDI-WA, Ca26 3

4 1. Übungsaufgabe Quelle: VDI-WA, Ca26 4

5 1. Übungsaufgabe Quelle: VDI-WA, Ca25 5

6 1. Übungsaufgabe 6

7 1. Übungsaufgabe Quelle: VDI-WA, Ca25 7

8 2. Übungsaufgabe 2 In einem Wärmeübertrager mit der Fläche A 4 m strömen I) im Gleichstrom bzw. II) im Gegenstrom pro Stunde jeweils 835 kg Luft mit der Eintrittstemperatur C und 100 kg Wasser W mit der Eintrittstemperatur 2 20 C. Der Wärmedurchgangskoeffizient beträgt k 40, 8 2 m K a) Wie ist der Temperaturverlauf von Wasser und Luft längs der wärmeübertragenden Fläche? b) Wie groß sind die Austrittstemperaturen beider Fluide? c) Wie groß ist das Temperaturverhältnis für den wärmeaufnehmenden Stoffstrom? d) Welche Grenzwerte würden die Austrittstemperaturen annehmen, wenn die Austauschfläche sehr groß wäre? e) Wie groß ist der bei b) und d) übertragene Wärmestrom? f) Wie groß ist die mittlere treibende Temperaturdifferenz? 8

9 3. Übungsaufgabe Bestimmen Sie mit Hilfe der Zellenmethode die Austrittstemperaturen des Stoffstroms 1 und 2, wenn die folgenden Daten gegeben sind: - Stromführung des Rohrbündel-Wärmeübertragers: 2 innere und 1 äußerer Durchgang 1 Umlenkblech W - k A 4749 K W - Stoffstrom 1: W C (mantelseitig) K W - Stoffstrom 2: W C (rohrseitig) K 9

10 4. Übungsaufgabe 10

11 5. Übungsaufgabe 11

12 6. Übungsaufgabe 12

13 7. Übungsaufgabe 13

14 8. Übungsaufgabe 14

15 9. Übungsaufgabe 15

16 10. Übungsaufgabe 16

17 11. Übungsaufgabe 17

18 12. Übungsaufgabe (PWÜ) 18

19 Plattenwärmeübertrager 19

20 zu Aufgabe 12 (PWÜ) 20

21 Aufgabe 13 (Optimale Strömungsgeschwindigkeit) 21

22 Aufgabe 13 (Optimale Strömungsgeschwindigkeit) 22

23 Aufgabe 13 (Optimierung) Hinweis zur Kostenabschätzung: 23