Методика расчетов

Задача 2.4.

Приведем расчет варианта со следующими исходными данными:

-расход греющей воды G₁=15500 кг/час;

-температура греющей воды на входе в ТО t₁=80°С;

-расход нагреваемой воды G₂=18000кг/час;

-температура нагреваемой воды на входе в ТО t₂=5°С;

-температура нагреваемой воды на выходе из ТО t₂”=60°С;

-коэффициент теплопроводности материала стенок трубок l=104,5 Вт/м°С;

-расчётная длина секции l =4м;

-внутренний диаметр корпуса секции D=106 мм;

-число трубок в секции n=19;

-d₂/d₁=16/14 мм.

При расчете потерями теплоты с внешней поверхности корпуса теплообменника пренебречь. Необходимо определить:

- тепловую мощность подогревателя;

- температуру греющей воды на выходе из подогревателя;

- коэффициент теплоотдачи от греющей воды к внутренней поверхности трубки;

- коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности трубки к нагреваемой воде;

- коэффициент теплопередачи от греющей воды к нагреваемой воде через разделяющую их поверхность латунных трубок;

- среднелогарифмический температурный напор между теплоносителями;

- поверхность нагрева теплообменного аппарата;

- число секций.

В конце расчета уточнить длину одной секции с учетом принятого числа секций, а также проверить правильность первоначального выбора температур поверхностей теплопередающей стенки.

1. Тепловая мощность подогревателя определяется из уравнения теплового баланса для нагреваемого теплоносителя:

Q=G₂C_р2(t₂¢¢-t₂¢).

Здесь С_р2=4,174 кДж/кг°С, теплоемкость нагреваемой воды, определяется при °С, из таблицы 2 “Физические свойства воды на линии насыщения” приложения данного методического указания.

кВт

2. Температура греющей воды на выходе из ТО t ¢¢₁ определяется из уравнения теплового баланса для греющей воды:

,

отсюда

°С,

здесь С_р1= С_р2

3. Определение коэффициента теплоотдачи a₁ от греющей воды к внутренней поверхности трубок.

3.1. Теплофизические характеристики горячей воды определим при средней температуре:

°С,

плотность горячей воды

кг/м³;

коэффициент кинематической вязкости

м²/с;

коэффициент теплопроводности воды

Вт/м°С;

критерий Прандтля горячей воды при t₁

.

3.2. Скорость движения греющей воды внутри латунных трубок

м/с.

3.3. Число Рейнольдса

.

Если , то режим движения жидкости турбулентный

3.4. Для турбулентного режима движения теплоносителей справедливо

следующее критериальное уравнение

здесь - число Нуссельта горячей воды, - число Прандтля воды при средней температуре стенки t_ст: (найден из табл. 2 данного м.у.)

t _cт =0,5 =0,5(48,1+32,5)=40,35°С

3.5. Коэффициент теплоотдачи от горячей воды к внутренней поверхности латунных трубок определяется из условия:

,

здесь l – определяющий размер, в нашем случае это внутренний диаметр латунных трубок

Вт/м²°С.

4. Определение коэффициента теплоотдачи от внешней поверхности латунных трубок к нагреваемой воде.

4.1. Определим теплофизические характеристики нагреваемой воды при средней температуре :

°С,

плотность воды r₂=994,8 кг/м³;

коэффициент кинематической вязкости n₂=0,768×10^-6 м²/с;

коэффициент теплопроводности воды l₂=0,628 Вт/м°С;

критерий Прандтля Pr₂=5,14.

4.2. Эквивалентный диаметр сечения межтрубного пространства

,

где F – площадь межтрубного пространства, внутри которого протекает нагреваемая вода:

;

P –смоченный периметр канала P=pD+npd₂, здесь d₂ – внешний диаметр латунных трубок.

мм.

4.3. Скорость движения нагреваемой воды

м/с;

м².

4.4. Число Рейнольдса для нагреваемой воды

.

4.5. Определим критерий Нуссельта для нагреваемой воды

.

4.6. Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности латунных трубок к нагреваемой воде

Вт/м²°С.

5. Коэффициент теплопередачи от горячей воды к нагреваемой воде через разделяющую их поверхность теплообмена определим по уравнению (1.5.), т.к.

Вт/м²°С.

6. Среднелогарифмический температурный напор между теплоносителями для случая противоточной схемы включения:

.

7. Поверхность теплообмена ТО

F= .

8. Поверхность нагрева одной секции ТО

F_секц=npd_ср l =19×3.14×15×10^-3×4=3.58 м².

9. Число секций в теплообменнике

.

Принимаем для ТО 8 секций

10. Уточним длину секции

F=N×n×p×d_cр× l;

l = м.

11. Уточним температуры поверхностей латунных трубок

Q=a₁(t₁-t_cт1)pd₁n l N

t_cт1= ,

Совпадение с принятой t_c удовлетворительное. (см. п. 3.4.)

Рис 3. общий вид и сечение горизонтального секционного кожухотрубного водоводяного подогревателя.

Рисунок 4 - Калач соединительный

Рисунок 5 - Переход

Таблица 5. Технические характеристики водоподогревателей

0Наружный диаметр корпуса секции Dн, мм	Число трубок в секции n, шт.	Площадь сечения межтрубного пространства ¦мтр, м2	Площадь сечения ¦тр, м2	Эквивалентный диаметр межтрубного пространства dэкв, м	Поверхность нагрева одной секции ¦сек, м2, при длине, м
		0,00116	0,00062	0,0129	0,37	0,75
		0,00233	0,00108	0,0164	0,65	1,32
		0,00327	0,00154	0,0172	0,93	1,88
		0,005	0,00293	0,0155	1,79	3,58
		0,0122	0,0057	0,019	3,49	6,98
219		0,02139	0,00939	0,0224	5,75	11,51
		0,03077	0,01679	0,0191	10,28	20,56
		0,04464	0,02325	0,0208	14,24	28,49

Таблица 6. Номинальные габариты и присоединительные размеры

водоподогревателей, мм

Наружный диаметр корпуса секции Dн, мм

D

D1

D2

d

dн

H

h

L

L1

L2

L3 По рис 5

Исполнение по рис. 4

2225;4225

2000; 4000

2265;4265

2320;4320

2350;4350

2490;4490

219

2610;4610

2800;4800

2800;4800

4. Рекомендуемая литература

1. «Теплотехника» под редакцией А.П. Баскакова. Москва, 1991 г.

2. В.В. Нащокин «Техническая термодинамика и теплопередача» Москва, 1980 г.

3. Ривкин С.Л., Александров А.А. «Термодинамические свойства воды и водяного пара» М.: «Энергия», 1975 г.

4. Теплотехника/ Под ред. д-ра техн.наук проф. В.И.Крутова.-М.:

Высш.шк.1986. -

5. Теплотехнический справочник/Под ред. В.Н.Юренева, П.Д.Лебедева.Т

1,2.-М.: Энергия, 1975-1976.-743,896с.

Борис Иванович Шилин

Поиск по сайту: