Тепловой конструктивный расчет теплообменного аппарата
2.1. Исходные данные:
№ варианта |
Wк, |
Мв, |
, 0С |
, 0С |
, мм |
|
Схема движения теплоносителя |
61 |
1,5 |
500 |
150 |
130 |
|
1,3 |
смешанный ток |
62 |
2,0 |
130 |
110 |
||||
63 |
3,0 |
120 |
100 |
||||
64 |
4,0 |
120 |
100 |
Примечания:
Для всех вариантов .
Расположение труб в трубной доске подогревателя – по концентрическим окружностям (трубки стальные).
Коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду принять равным .
2.2. Расчет.
Конструктивный тепловой расчет ТОА произведем в полном объеме для варианта № 63.
2.2.1. Определим количество передаваемого тепла (теплопроизводительность аппарата) по уравнению теплового баланса:
|
(2.2.1) |
или
, |
(2.2.2) |
где Qк , Qв – тепловой поток отданный конденсатом и воспринятый водой соответственно, ;
– коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду (задано);
Мк, Мв – расход конденсата и химически очищенной воды соответственно (задано), ;
, – температура воды на входе и выходе соответственно (задано), ºС;
, – температура конденсата на входе и выходе соответственно (задано), ºС;
, – средние теплоемкости сp для конденсата и воды соответственно, которые находятся по определяющим температурам из таблицы 1 приложения [1] для средних температур:
,
.
|
|
|
|
|
|
|
Конденсат |
110 |
951,0 |
4,233 |
68,5 |
0,272 |
1,6 |
Вода |
100 |
958,4 |
4,22 |
68,3 |
0,295 |
1,75 |
Тогда
.
2.2.2. Из уравнения (2.2.2) определяем массовый расход конденсата:
.
2.2.3. Определяем общее число трубок подогревателя одного хода:
|
(2.2.3) |
где – плотность конденсата при заданных условиях, ;
dв – внутренний диаметр трубок, определяемый по формуле:
.
Получаем, что
Т.к. при смешенном токе ТОА двухходовой, значит общее число трубок будет равно:
По таблице 2 приложения [1] изменим число трубок до ближайшего табличного значения, в зависимости от расположения труб в трубной доске, таким образом для кольцевого расположения получаем n = 394.
2.2.4. Определяем диаметр, на котором располагаются оси крайних трубок:
, |
(2.2.4) |
где – определяем при n = 394 для кольцевого расположения трубок по таблице 2 приложения [1], принимаем ;
S – шаг между трубками равен:
.
Тогда
.
2.2.5. Определяем внутренний диаметр корпуса теплообменника, м:
,
где k – кольцевой зазор между крайними трубками и корпусом, который принимается из конструктивных соображений равным 0,006 м;
dн – наружный диаметр трубок.
.
2.2.6. Определяем скорость воды:
, |
(2.2.5) |
где – сечение для прохода воды, определяется как разность площади сечения аппарата и площади, занятой трубками для прохода конденсата:
,
.
2.2.7. Определяем коэффициенты теплоотдачи со стороны конденсата и со стороны воды.
Вычисляем числа Рейнольдса для конденсата и воды:
, , |
(2.2.6) |
где – вязкости при определяющих температурах соответственно конденсата и воды;
dэкв – эквивалентный диаметр ТОА, определяем по формуле:
, |
(2.2.7) |
где U – смоченный периметр, определяем по формуле:
U = .
Таким образом
.
Тогда
и
.
Определяем числа Нуссельта для конденсата и воды по таблицам «Уравнение подобия для расчета среднего безразмерного коэффициента теплоотдачи» [2]:
, |
(2.2.8) |
, |
(2.2.9) |
где Prк, Prв, Prж, Prc – числа Прандтля соответственно для конденсата, воды и среды при температуре жидкости и при температуре стенки (определяется как средняя температура между средней температурой конденсата и средней температурой воды, т.е. при 105 ºС), находим по таблице 1 приложения [1]. Получаем:
,
.
Коэффициенты теплоотдачи находим по формулам:
, |
(2.2.10) |
, |
(2.2.11) |
где – коэффициенты теплопроводности конденсата и воды соответственно.
Таким образом:
,
.
2.2.8. Коэффициент теплопередачи применительно к водоводяному теплообменнику рассчитываем по формуле:
, |
(2.2.12) |
где – соответственно толщина трубки и слоя загрязнений (находим по таблице 2 [1]);
– соответственно коэффициент теплопроводности металла и слоя загрязнения в случае применения химически очищенной воды (находим по таблице 2 [1]).
Тогда
.
2.2.9. Определяем средний температурный напор в аппарате, ºС:
L, м
Рис.1 – Распределение температур по длине ТОА.
, |
(2.2.13) |
где – соответственно больший и меньший температурный напоры. Из рисунка видно: .
.
2.2.10. Определяем поверхность нагрева теплообменника:
, |
(2.2.14) |
где Qв – из формулы (2.2.1);
k – из формулы (2.2.12);
– из формулы (2.2.13).
Получаем,
.
2.2.11. Определяем длину трубного пучка:
, |
(2.2.15) |
где z – число ходов воды в ТОА (задано z = 2).
Тогда
.
Исходя из полученных данных принимаем ТОА состоящий из .