5.Пример расчета аво для газа.

Исходные данные: Массовый расход кг/с,

температура газа на входе в АВО ,

давление газа ,

температура воздуха на входе в аппарат ,

расход воздуха (производительность вентилятора) м³/с.

Для расчета принимается АВО зигзагообразного типа АВЗ,5

• число секций -6 шт. в каждой секции - 8 рядов труб длиной - 6м, которые образуют

один ход со стороны газа;

• поверхность теплообмена Н_сек=1250м², Н_ап=7560м²;

• коэффициент оребрения - = 9;

• число вентиляторов на один аппарат - 1 шт.

Общий вид АВО типа АВЗ приведен в Прил.7.

Геометрические характеристики оребренных труб следующие:

• диаметр оребрения - D_ор=49 мм;

• наружный диаметр труб - d_н=28 мм;

• внутренний диаметр труб - d_вн=22 мм;

• высота ребра - h=10,5 мм;

• толщина ребра - =0,85 мм;

• шаг ребер- t=3,5 мм;

• теплопроводность ребер - Вт/(мК)

В тепловом расчете требуется определить поверхность охлаждения АВО и сравнить с фактической.

Тепловой расчет сводится к совместному решению уравнения теплового баланса и уравнения теплопередачи

,

где - соответственно водяные эквиваленты горячего и холодного

теплоносителей, кДж/с ;

- удельные теплоемкости горячего и холодного

теплоносителей, кДж/(кг⁰С);

- разности температур горячего и холодного теплоносителей,⁰С.

;

-начальные температуры горячего и холодноготеплоносителей,⁰С;

конечные температуры горячего и холодного теплоносителей,⁰С;

- коэффициент полезного действия теплообменного аппарата (как

правило, в расчетах принимается равным единице);

KH - водяной эквивалент поверхности теплообмена, кВт/⁰С;

K - коэффициент теплопередачи, кВт/(м^{2 0}С);

Н - поверхность теплообмена, м²;

– средняя разность температур процесса теплопередачи, ⁰С.

Для газа (метан):

При Р₁=5,5МПа, кДж/(кгК); Вт/(мК); м²/с; =38 кг/м³

Для воздуха:

При кг/м³; кДж/(кгК); Вт/(мК); м²/с

На основании данных работающих АВО и справочных рекомендаций охлажденный газ на выходе должен превышать температуру окружающего воздуха на 10-15 ⁰С. Согласно этого принимается t₂=20 ⁰C (температура газа выходящего из АВО).

Определяется тепловой поток передаваемый от газа в АВО из уравнения:

кВт

МВт

Определяется температура воздуха выходящего из АВО по уравнению:

⁰С

Теплоемкость природного газа (метана) принимается из Прил. 3.

Теплоемкость воздуха принимается температуре воздуха (заданой).

Теплофизические свойства газа (метан) и воздуха выбираются при средней температуре соответствующих теплоносителей.

Средняя температура газа:

⁰С.

Средняя температура воздуха:

⁰С.

Определяется средняя скорость газа в АВО:

м/с

где - площадь поперечного сечения со стороны газа, м²

Определяется критерий Рейнольдса при движении газа:

При 10⁴ для определения среднего по длине трубок коэффициента теплоотдачи рекомендуется следующее уравнение подобия.

Определяется критерий Нуссельта для газа:

Коэффициент теплоотдачи со стороны газа определяется:

Вт/(м²К)

Вт/(м²К)

Определяется скорость воздуха в узком сечении секции АВО:

м/с

где А - коэффициент, зависящий от типа аппарата и коэффициента

оребрения труб, приведен в табл. 3.2.

V -объемный расход воздуха на АВО, м³/с;

k_ж= - коэффициент, учитывающий наличие жалюзи.

Определяется критерий Рейнольдса при движении воздуха:

,

где - наружный диаметр трубы, м;

- высота ребра, м;

- шаг ребер, м.

Определяется коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха:

Вт/(м²К)

Вт/(м²К)

Средняя разность температур теплоносителей определяется:

где и - наибольшая и наименьшая разности температур

определяются по уравнениям:

Среднеарифметическая разность температур определяется:

Характеристическая разность температур определяется:

,

где =0,58 - индекс противоточности схемы ТА принимается из

табл.3.1.

в зависимости от числа пересечений n=1 и отношения

После подстановки соответствующих значений имеем:

.

Определяется начальная разность температур:

Определяется конечная разность температур:

Определяется средняя разность температур теплоносителей:

Коэффициент эффективности ребра Е определяется по уравнению (10):

Расчетный или приведенный коэффициент теплоотдачи от ребристой поверхности к воздуху, отнесенной к внешней поверхности нагрева и учитывающий неравномерность теплообмена по поверхности ребра, определяется из уравнения:

Вт/(м²К)

Коэффициент теплопередачи для чистой ребристой трубки, отнесенной к ребристой поверхности, определяется из уравнения:

где - коэффициент теплоотдачи от газа к стенке трубок, Вт/(м²К);

- толщина и коэффициент теплопроводности материала стенки

трубки;

- коэффициент оребрения;

- расчетный или приведенный коэффициент теплоотдачи от

ребристой поверхности к воздуху, Вт/(м²К)

Вт/(м²К)

Определяется требуемая (расчетная) поверхность теплообмена АВО

м²

Фактическая поверхность теплообмена у существующего АВО составляет м²

Расхождение расчетного значения с фактическим составляет 5%.

После проведения теплового расчета необходимо определить затраты мощности на прокачку теплоносителя по трубам.

При движении жидкости по трубам часть мощности расходуется на преодоление линейных и местных гидравлических сопротивлений. Линейное сопротивление или сопротивление трения определяют по формуле Дарси:

где - коэффициент сопротивления трения по длине трубы;

- длина трубы ;

- внутренний диаметр трубы,м;

- скорость движения теплоносителя;

- плотность газа,кг/м³.

Коэффициент сопротивления для турбулентного режима движения газа при определяется из уравнения Блазиуса:

Определяются гидравлические потери на трение в трубах из уравнения:

Местные сопротивления обусловлены наличием вентилей, задвижек, сужений, расширений, поворотов. Потери напора в местных сопртивлений определяются из уравнения:

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений складывается из:

- вход в секции АВО;

- вход в трубки;

- выход из трубок;

- выход из секций АВО;

- шаровой кран - 2 шт. на входе и выходе из АВО;

Полная потеря напора в АВО со стороны газа

По заданию давление газа на входе в АВО В АВО полная потеря давления из расчета составляет , Таким образом на выходе из АВО давление газа будет