2 Тепловой расчет противоточного рекуперативного теплообменника
2.1 Определение массовых секундных расходов теплоносителей
На основе уравнения теплового баланса, при отсутствии потерь тепла в фазовых переходах теплоносителей ( ), массовый секундный расход теплоносителей определяется по формуле
G-массовый секундный расход,кг/с;
Q-тепловой поток, Вт;
∆і- изменение энтальпии, Дж/кг.
Где – средняя изобарная теплоёмкость, Дж/кг*К;
-изменение температуры, (для газа , для воды ) ºС
Температурные условия работы теплообменника, необходимые для вычисления массовых секундных расходов теплоносителей и значения массовых секундных расходов теплоносителей определены в пункте 2.2
2.2 Определение температурных условий работы теплообменника
Средняя по длине теплообменника температура воды определяется по формуле:
ºС
Где – температура на входе, ºС
-температура на выходе, ºС
Средняя по длине теплообменника температура газа определяется по формуле:
Где – среднелогарифмический температурный напор между теплоносителями.
ºС
ºС
По полученным значениям и определяются теплофизические характеристики теплоносителей, которые представлены в таблице 2.
Таблица 2-Теплофизические характеристики теплоносителей [1].
Параметр |
Газ |
Параметр |
Вода |
Т, К |
396,7 |
,ºС |
28,5 |
, кг/м³ |
0,898 |
, кг/м³ |
995,6 |
, кДж/кгК |
1,009 |
, кДж/кгК |
4,173 |
, Вт/мК |
3,34 |
, Вт/мК |
0,62 |
, м²/с |
36,8 |
, кДж/кг |
125,66 |
, м²/с |
25,45 |
, Нс/м² |
81,7 |
|
0.686 |
|
5,41 |
- |
- |
p, МПа |
0,0043 |
2.3 Определение коэффициентов теплоотдачи.
Коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к воде (жидкости) вычисляется по формуле
,
- коэффициент теплоотдачи, Вт/м2К
- диаметр трубки ( = 8…12 мм)
-коэффициент теплопроводности, Вт/мК
- критерий Рейнольдса
- критерий Прандтля
=105 – коэффициент, учитывающий влияние температурного фактора для охлаждаемого газа
мм
Коэффициент теплоотдачи от охлаждаемого газа к стенке трубки определяют с учетом числа трубок, по которым он протекает, ориентировочно это число может быть найдено по формуле:
Где, - плотность газа, кг/м³;
- скорость газа, ( ), м/с
Скорость газа принимается равной 20 м/с
Число трубок округляется до 91
Определяется значение действительной скорости газа
Полученная скорость отличается на 5,5% от рекомендованной, что удовлетворяет погрешности 10%.
Критерий Рейнольдса определяется по формуле:
Где - коэффициент кинематической вязкости газа, м2/с
м2/с
Вт/м2К
Коэффициент теплоотдачи от трубок к охлаждающей воде определяется по формуле:
Где - диаметр эквивалентный, м;
=1,05 – коэффициент, учитывающий влияние температурного фактора для нагреваемой воды.
Определяется проходное (живое) сечение межтрубного пространства по формуле:
Где -плотность воды, кг/м3
-скорость воды, ( =1…3) м/с
Скорость воды принимаем равной 2 м/с;
м2
Внутренний диаметр кожуха определяется по формуле:
м
Где - толщина стенки трубы, ( = 2…4) мм
Толщину стенки трубы принимаем равной 2мм
м
На схеме трубной доски размещаются отверстия под трубки с шагом:
= (1,25…1,3) =1,25∙0,014=0,0175м
Шаг должен быть не меньше минимального шага:
= (1,23…1,28) =1,23∙0,014=0,0172м
Принимаем шаг равный 0,02м
Кожухотрубчатые теплообменники – наиболее распространённая конструкция теплообменной аппаратуры. По ГОСТ 9929-82 стальные кожухотрубчатые теплообменные аппараты изготовляют следующих типов: ТН – с неподвижными трубными решётками; ТК – с температурным компенсатором на кожухе; ТП – с плавающей головкой; ТУ – с U-образными трубами; ТПК – с плавающей головкой и компенсатором на ней.
Данная работа посвящена расчету противоточного кожухотрубчатого теплообменника-холодильника газотурбинной наземной установки замкнутого цикла. Основными элементами кожухотрубчатых теплообменников являются пучки труб, трубные решетки, корпус, крышки, патрубки. Концы труб крепятся в трубных решётках развальцовкой, сваркой и пайкой.