- •12 Рисунков.
- •I часть контрольной работы по курсу ,,Термодинамика,,:
- •Задание №1.
- •Решение:
- •Задание № 2.
- •Решение:
- •Задание № 3.
- •Решение:
- •Задание № 4.
- •Решение:
- •Задание № 5.
- •Решение:
- •I I часть контрольной работы по курсу ,,Теплопередача,,:
- •Задание № 1.
- •Решение:
- •Решение:
- •Решение:
- •Решение:
- •Задание № 6.
- •Решение:
- •Литература:
Решение:
Среднеарифметическая температура воды
tж2 = 0,5 (t'ж2 + t"ж2) = 0,5 (200 +340 ) = 270°С
При этой температуре физические свойства воды равны соответственно:
ρж2 = 767,9 кг/м3; ср ж2 = 5,07 кДж/(кг∙°С); λж2 = 0,590Вт/(м∙°С);
υ ж2 = 0,133∙ 10–6 м2/с; Рrж2 = 0,88.
Количество передаваемой теплоты:
Q = G 2 срж2 (t"ж2 – t'ж2) = ((270∙103) / 3600) ∙ 4,68 ∙ (340–200) = 4,0∙104 кВт.
Число Рейнольдса для потока воды
Rе ж2 = (ω2 ∙ d1) / υж2 = (0,7 ∙ 4,5 ∙ 10–2) / (0,133 ∙ 10–6) = 2,3 ∙ 105
Определяем число Нуссельта и коэффициент теплоотдачи для воды, учитывая, что коэффициент теплоотдачи со стороны воды намного больше коэф-
Стр. 16.
фициента теплоотдачи со стороны газов и, следовательно, температура стенки трубы близка к температуре воды, полагаем (Рrж2 /Рrс2)0,25 ≈ 1:
Nuж2 = 0,021∙Rеж20,8∙Рrж20,43 = 0,021(2,3∙105)0,8 ∙(0,88)0,43 = 315;
α2 = Nuж2 / (λж2 ÷ d1) = 315 / (0,590 ÷ ( 4,5∙ 10–2)) = 4130 Вт/(м ∙°С);
Для определения температуры газов на выходе из экономайзера примем в первом приближении теплоемкость газа срж1 ≈ 1,3 кДж /(кг ∙°С). Тогда:
t"ж1 = t'ж1 – (Q / (G 1∙ срж1)) = 750 –((4,9∙104 ) / (510 ∙103∙1,3)) = 749,9°С
и
tж1 = 0,5(t'ж1 + t"ж1) = 0,5 (750 + 749,9) = 750°С.
При этой температуре срж1 = 1,240 кДж/(кг∙°С) и в результате второго приближения: t"ж1 =750°С и tж1 = 750°С.
При температуре tж1 = 750°С физические свойства дымовых газов данного состава равны соответственно:
Ρж1 = 0,333 кг/м3; λж1 = 0,0850 Вт/(м∙°С); υ ж1 = 115∙ 10–6 м2/с; Рrж1 = 0,61.
Число Рейнольдса для потока газов:
Rе ж1 = (ω1 ∙ d2) / υж1 = (15 ∙ 5,3 ∙ 10–2) / (115 ∙ 10–6) = 6913
Найдем число Нуссельта и коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенкам труб.
В связи с тем, что число рядов труб вдоль потока неизвестно, расчет ведем для третьего ряда труб. При шахматном расположении для чистых труб по формуле :
Nuж1 =0,41∙ Rеж10,6∙Рrж10,33 ∙εs = 0,41 ∙ (6913)0,6 ∙ (0,61)0,33 = 65,5.
где, так как s1/s2=1,05, εs ≈ 1;
α'1 = Nuж1 / (λж1 ÷ d2) = 65,5 / ((8,08 ∙ 10–2) ÷ (5,3∙ 10–2)) = 104 Вт/(м ∙°С).
В промышленных условиях вследствие загрязнения котельных поверхностей нагрева интенсивность теплообмена снижается. Для учета этого полагаем:
α1 = 0,8 α'1 = 0,8∙104 = 83,2 Вт/( м ∙°С).
Определяем коэффициент теплоотдачи излучением от потока газов к стенкам труб. Средняя длина пути луча:
l= 1,08 d 2 (( s1 ∙ s2 ) / d22) – 0,785 ) = 1,08 ∙ 0,053 (2,2 ∙ 2,1– 0,785) = 0,219 м.
Произведение среднего пути луча на парциальное давление двуокиси углерода и водяных паров:
рСО2 ∙ l = 0,15 ∙ 0,219 = 0,0328 м ∙ кгс/см2;
рН2О ∙ l = 0,12 ∙ 0,219 = 0,0263 м ∙ кгс/см2.
Находим степень черноты дымовых газов при средней тем-ре газов (tж1 = 750°С) :
Стр. 17.
εг = εСО2 + βεН2О = 0,078 + 1 ,08 ∙ 0,049 = 0,130.
Учитывая, что α1 ‹‹ α2, принимаем tс1 ≈ tж2 + 20 ≈ 2500С. При этой температуре
с помощью тех же графиков находим поглощательную способность газов при температуре поверхности труб:
Аг = εСО2 (Тж1 / Тс1)0,65 + βεН2О = 0,064((750 + 273) / (250 + 273))0,65 + 1,08 ∙ 0,07 = 0,18
Эффективная степень черноты оболочки:
ε'с1 =0,5 (εс1+ 1) = 0,5 (0,8 + 1) = 0,9
Плотность теплового потока, обусловленная излучением,
q л = ε'с1 ∙ С0 [εг (Тж1/100)4 – Аг (Тс1/100)4] =
= 0,9 ∙5,7∙ [0,130 ∙ ((750+273)/100)4 – 0,18 ∙ ((250 + 273) /100)4] = 6613 Вт /м2.
Коэффициент теплоотдачи, обусловленный излучением,
αл =qл / (tж1 – tс1) = 6613 / (750 – 250) = 13,2 Вт/(м ∙°С).
Суммарный коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенкам труб:
α0 = α1 + αл = 83,2 + 13,2 = 96,4 Вт/(м ∙°С).
Коэффициент теплопередачи
k =1/((1/ α0 ) + (δс/λс ) + (1/α2 )) =1/((1/ 96,4)+ (3,5∙ 10–3 /22) + (1/ 4130)) = 59 Вт/(м2 ∙°С)
Находим средний температурный напор, приближенно принимая схему движений теплоносителей за противоточную:
(t'ж1 – t"ж2) / (t"ж1 – t'ж2) = (750 – 340) /(750 – 200) = 1,44 < 1,5
При этом
∆tл ≈ ∆ta = tж1 – tж2 = 750 — 270 = 480°С.
Площадь поверхности нагрева экономайзера
F = Q / (k∆tл) =((4,9 ∙ 104) / (59 ∙ 480)) ∙ 103 = 1730 м2
Число параллельно включенных змеевиков:
n = 4 ∙G2 / (ρж2∙π∙d12 ∙ ω2 ∙3600) = (4∙240 ∙103) / (767,9 ∙3,14(4,5 ∙10–2)2 ∙ 0,7∙3600) = 78
Длина отдельной секции (змеевика)
l1= F / (πd2∙ n) = 1730 / (3,14 ∙ 5,3 ∙10–2∙ 78) = 133 м.
Ответ:
Площадь поверхности нагрева F = 1730 м2; число змеевиков n = 86;
длина змеевиков l1 = 133 м.
Задание № 4.
Выполнить тепловой расчет и определить число и длину змеевиков пароперегревателя парового котла производительностью G2 = 240 т/ч пара при давлении р = 10 МПа и температуре перегрева t"ж2 =510° С (см. рис.).
В пароперегреватель поступает сухой насыщенный водяной пар. Пар движется по стальным трубам диаметром d2 / d1 = 34 / 30 мм [λс = 22 Вт/(м∙°С)] со средней скоростью ω2 = 19 м/с.
Дымовые газы (14% С02, 12%Н20) в количестве G1= 510 т/ч движутся поперек трубного пучка. Температура газов на входе t'ж1 = 1105°С. Средняя скорость газов в узком сечении пучка ω1 = 13 м/с. Трубы расположены в коридорном порядке с шагом поперек потока s1 = 2,5 d2 и вдоль потока s2 = 3 d2 .
При расчете изменением давления пара по длине пароперегревателя пренебречь.
Стр.18