- •Общие указания
- •Классификация теплообменных аппаратов
- •Основные положения расчёта рекуперативных
- •3.1. Уравнение теплового баланса
- •3.2. Уравнение теплопередачи
- •Определение поверхности теплообмена
- •4.1. Тепловая нагрузка
- •4.2. Средний температурный напор
- •4.3. Коэффициент теплопередачи
- •4.4. Коэффициенты теплоотдачи
- •Вынужденное течение жидкости в трубах и каналах
- •Поперечное омывание одиночной трубы
- •Поперечное омывание пучков труб
- •Конденсация пара
- •4.4.5. Кипение теплоносителя
- •4.4.6. Теплоотдача при наличии излучения
- •5.2.2. Общая длина трубок, м
- •Содержание заданий и примеры расчётов
- •Задача 1
- •Задача 2
- •Задача 3
- •Задача 4
- •Задача 5
- •Общие указания………………………………………………………………........3
Задача 2
Определить площадь поверхности нагрева, количество внутренних трубок, внутренний диаметр внешней трубы и число секций водо-водзшного кожухотрубчатого теплообменника (рис. 5.2), в котором греющая вода движется по внутренним металлическим трубкам (коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м2∙К) каждая диаметром, мм. Температура греющей воды на входе t1' на выходе t1'' °C.
Нагреваемая вода движется в межтрубном пространстве и нагревается от t2'. °С до t2'', °С Расход нагреваемой воды G2, кг/ч. Длина одной секции теплообменника l, м.
Расчет выполнить для прямоточной схемы.
Исходные данные приведены в табл. 7.2.
Исходные данные к задаче 2
Таблица 7.2
Первая цифра варианта |
λ, Вт/(м∙К) |
, мм |
t1',°С |
t1'', °C |
Вторая цифра варианта |
t2', °С |
t2'', °С |
G2, кг/ч |
l, м |
0 |
20 |
14/13 |
95 |
50 |
0 |
5 |
40 |
53000 |
1,5 |
I |
50 |
16/14 |
105 |
60 |
1 |
7 |
50 |
44800 |
1,6 |
2 |
80 |
18/16,5 |
115 |
70 |
2 |
9 |
60 |
36600 |
1,7 |
3 |
85 |
20/18 |
130 |
80 |
3 |
11 |
70 |
23400 |
1,8 |
4 |
90 |
22719,5 |
150 |
90 |
4 |
13 |
80 |
19200 |
1,9 |
5 |
95 |
24/21 |
95 |
55 |
5 |
6 |
45 |
55900 |
2 |
6 |
42 |
26/22,5 |
105 |
65 |
б |
8 |
55 |
46700 |
2,1 |
7 |
48 |
28/24 |
115 |
75 |
7 |
10 |
65 |
38500 |
2,2 |
8 |
45 |
30/25,5 |
130 |
85 |
8 |
12 |
75 |
29300 |
2,3 |
9 |
25 |
32/27 |
150 |
95 |
9 |
14 |
85 |
18100 |
2,4 |
Пример 2
Согласно условию к задаче 2 выполнить конструктивный тепловой расчет прямоточного водо-водяного кожухотрубчатого теплообменника.
Исходные данные: коэффициент теплопроводности металлаλ=108 Вт/(м∙К);
- диаметры внутренних трубок ;
- температура горячего теплоносителя на входе t1'=150°C;
- температура горячего теплоносителя на выходе t1''=70°С;
- температура холодного теплоносителя на входе t2'=5°С;
- температура холодного теплоносителя на выходе t2"=60°С;
- расход нагреваемой воды G2=7200 кг/ч;
- длина одной секции l="1,4 м.
Решение:
Среднеарифметические температуры теплоносителей и физические свойства воды при этих температурах, принимаемые согласно прил. 3.
t1=0,5(t1'+ t1'')=0,5(150+70)=110 °С
t2=0,5(t2'+ t2'')=0,5(5+60)=32,5 °С
t, °С |
ρ, кг/м3 |
v, м2/с |
λ, Вт/(м∙К) |
Рr |
Ср,. кДж/(кг∙К) |
110 |
951 |
0,272∙10-6 |
0,685 |
1,6 |
4,233 |
32,5 |
994,8 |
0,768∙10-6 |
0,622 |
5,14 |
4,174 |
Тепловая нагрузка (тепловая мощность) ТА определяется по (3.4)
кВт
Расход греющей воды
кг/с.
Общее число трубок в теплообменнике при одном ходе теплоносителя согласно (5.2)
,
где ω1=1,5 - скорость движения теплоносителя в трубках, м/с, принятая по рекомендациям табл. 4.1.
Используя данные табл. 5.1 окончательно принимаем п=7. Это количество трубок компонуется в пучок при любой схеме их размещения на трубной доске (ромбическое размещение или размещение по концентрическим окружностям).
Уточняем величину скорости течения теплоносителя
м/с.
По табл. 5.1 определяем величину отношения , которое при п1=п2=7 равно 2.
Значение шага трубок
S=1,5dнар=1,5∙0,016=0,024 м
тогда диаметр окружности, на которой размещается крайний ряд трубок, будет равен D'=2S=2∙0,024=0,048 м.
Внутренний диаметр внешней грубы (кожуха) по (5 6)
D=D'+dнар+К=0,048+0,016+0,006=0,07 м.
где К- кольцевой зазор между крайними трубками и кожухом, м; принимаем К= 0,006 м.
Скорость течения воды в межтрубном пространстве
м/с
Число Рейнольдса для потока греющей воды согласно (4.10)
Так как режим течения греющей воды турбулентный, расчёт числа Нуссельта ведём по (4.16)
Температура поверхности стенок трубок неизвестна, поэтому принимаем её в первом приближении по (4.12)
tс1≈0,5(t1+t2)=0,5(110+32,5)=71,25 °С
При этой температуре Рrc1=2,51 (прил. 3).
Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенкам трубок по(4.8)
Вт/(м2∙К)
Число Рейнольдса для потока нагреваемой воды
где эквивалентный диаметр проточной части межтрубного пространства согласно(4.9)
0,017 м
Так как режим течения нагреваемой воды турбулентный, расчёт числа Нуссельта ведем по (4.16)
Температура наружной поверхности стенок трубок неизвестна, поэтому принимаем её в первом приближении tс1 ≈tс1 и, следовательно Prс1 ≈Prс1≈2,51.
Коэффициент теплоотдачи от стенок трубок к нагреваемой воде по (4.8)
Вт/(м2∙К)
Коэффициент теплопередачи по (4.7)
Вт/(м2∙К)
где толщина стенки δ=0,5(dнар–dвн)=0,5(0,016–0,014)=0,001 м.
Строим график изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена (рис. 7.2) и находим большую и меньшую разности температур.
Рис. 7.2. Характер изменения температур теплоносителей (к примеру 2)
Так как то расчет среднего температурного напора следует вести по (4.2).
°С
Площадь поверхности нагрева согласно (4.1)
.
Общая длина трубок по (5.3)
м.
Число секций по (5.4)
принимаем z=7.
Выполненный расчет требует проверки ввиду того, что температуры поверхностей стенок были приняты ориентировочно.
Плотность теплового потока в аппарате
Вт/м2
Температура стенок со стороны греющей воды
°C.
При этой температуре Рrc1=1,91 (прил. 3).
Поправка на изменение физических свойств жидкости по сечению потока в трубках
=0,9567, в расчете было принято 0,8935.
Погрешность составляет
.
Температура стенки со стороны нагреваемой воды
°C.
При этой температуре Рrc2=2,80 (прил. 3).
Поправка на изменение физических свойств жидкости по сечению потока в межтрубном пространстве
=1,1619, в расчете было принято 1,1962.
Погрешность составляет
.
Обе погрешности не выходят за пределы допустимых значений для инженерных расчётов.