Тепловий розрахунок теплообмінного апарату

1.2.1 Визначаємо невідому температуру холодного теплоносія на виході з теплообмінного апарату

1.2.1.1 Запишемо рівняння теплового балансу:

(1.1)

де - теплопродуктивність апарату, кВт;

масова витрата гарячого і холодного теплоносія відповідно, кг/с;

- відповідно масова теплоємність гарячого і холодного теплоносія,

/(

- температура гарячого теплоносія на вході і на виході, ºC;

- температура холодного теплоносія на вході і на виході, ºC;

Визначаємо середню температуру холодного теплоносія:

.

Для цієї температури виписуємо фізичні властивості димових газів, табл. 11, [4]:

Тоді за формулою (1.1) визначимо теплопродуктивність ТА:

1.2.1.1 Приймаємо температуру гарячого теплоносія на виході з тепло­обмінного апарату = 160 °С, тоді

Для даної температури виписуємо масову теплоємність повітря, табл. 11, [4]:

Тоді за формулою (1.1) визначимо теплопродуктивність ТА:

З формули (1.1) розраховуємо нове значення невідомої температури:

Визначаємо похибку:

Остаточно приймаємо температуру гарячого теплоносія на виході з апарату = 158 °С.

1.2.2 Визначення конструктивних особливостей теплообмінного апарату

1.2.2.1 Площа перерізу труб визначається з рівняння не­розривності потоку для одного ходу теплоносія в трубах:

(1.2)

де - швидкість руху в середині труб;

;

1.2.2.2 Загальна площа поперечного перерізу труб:

(1.3)

де d₁ - внутрішній діаметр труби.

1.2.2.3 Загальна кількість труб в ТА визначаємо за формулою:

штук.

По таблицях компоновки ([2],табл.2.13)вибираємо найближче число труб штук.

м/с.

З таблиці ([2],табл.2.13) виписуєм кількість труб по діагоналі шестикутника

штук.

Приймаємо в теплообміннику шестикутну компоновку пучка труб і визначаємо їхній крок, враховуючи те, що мінімальне значення кроку становить

Приймаємо

Визначимо мінімальний зазор між крайнім рядом труб та кожухом теп­лообмінного апарату:

Приймаємо

Визначаємо діаметр кожуха:

(1.4)

мм.

Отримане значення округлюємо до стандартного по таблицях компоновки ([2],табл.2.13) D=1500 мм.

1.2.2.6 В міжтрубному просторі встановлюємо сегментні перегородки:

- Відстань між перегородками:

Приймаємо b=1500 мм.

- Відстань між трубною решіткою і перегородками:

- Площа екваторіального перерізу ТА:

Швидкість руху гарячої води в міжтрубному просторі знайдемо за спів­відношенням:

Швидкість руху гарячого повітря в екваторіальному перерізі теплообмінника лежить в межах рекомендованих значень (15-30 м/с).

Кількість труб в трубній решітці – 919 штук

Рис.1.2. Трубний пучок теплообмінного апарату

1.2.3 Розрахунок середнього температурного напору

Для складних схем руху теплоносіїв (змішаний рух) середній температу­рний напір визначається по формулі для протитоку з врахуванням поправочного коефіцієнта , який визначається з графіку в залежності від Р і R, с. 22, [5].

(1.6)

Величина Р вказує відношення ступеня нагріву холодного середовища до максимально можливого перепаду температур:

Величина R вказує відношення охолодження гарячого середовища до нагріву холодного середовища:

1.2.4 Визначення коефіцієнта теплопередачі

Для розрахунку коефіцієнтів тепловіддачі необхідно знати температури зовнішньої і внутрішньої поверхні стінок труби. Так як вони не задані, то розрахунок ведемо методом послідовних на­ближень.

Приймаємо температуру стінки t_c = 134,5 °С

1.2.4.1 Визначаємо число Рейнольдса:

(1.7)

Так як Re2>2000, то режим руху-турбулентний.

Коефіцієнт тепловіддачі в міжтрубному просторі визначається за залежністю:

(1.8)

де коефіцієнт динамічної в'язкості повітря при температурі зовнішньої стінки труби 134,5 °С, табл. 11, [4].

1.2.4.2 Коефіцієнт тепловіддачі визначаємо за формулою:

(1.9)

1.2.4.3 Число Рейнольдса при русі димових газів всередині труби за формулою (1.7):

Так як Re > 2000, то режим руху - розвинуто-турбулентний, коефіцієнт тепловіддачі розраховуємо за формулою Михеєва:

(1.10)

де - поправка на початкову ділянку гідродинамічної стабілізації. Так, як довжина труби невідома, то для першого наближення приймаємо, що l/d > 50.

Тоді

Pr_c = 0,675 – число Прандтля при температурі внутрішньої стінки труби 134,5 °С, табл. 14, [4].

1.2.4.4 Коефіцієнт тепловіддачі визначимо за формулою (1.9):

Так як для труб теплообмінника виконується умова d₂/d₁=32/26,4=1,212<2, то коефіцієнт теплопередачі розраховується по формулі для плоскої стінки.

1.2.4.5 Визначимо питомий тепловий потік:

(1.11)

де - коефіцієнт теплопровідності вуглецевої сталі, таб. 6, [4].

1,2.4.6 Площа поверхні теплообміну визначаємо по співвідношенню:

(1.12)

Тоді довжина труби становить:

(1.13)

де d_cp- середній діаметр труби.

Із стандартного ряду значень округлюємо довжину труби до найблищого. Приймаємо м.

1.2.4.7 Перевіряємо температуру стінок трубки:

Перевіряємо умову поправки на початкову ділянку:

Наступне наближення робити немає потреби, а тому остаточно прийма­ємо всі визначенні значення і розміри.

1.2.5 Коригування геометричних характеристик теплообмінника

1.2.5.1 Визначимо відстань міжтрубною решіткою і перегородкою а, (рис. 1.3), прийнявши до встановлення в корпусі теплообмінника дві перегородки з відстанню між перегородками і трубною решіткою а = 1,66 м.

Так як розмір b відрізняється від прийнятого раніше (див. п.1.2.3), то пе­рерахуємо швидкість руху води в міжтрубному просторі:

Так як швидкість руху води в екваторіальному перерізі змінилась не біль­ше ніж на 15%, то немає необхідності перераховувати коефіцієнт теплопередачі.

1.2.5.2 Визначимо діаметри патрубків для входу і виходу димових газів, рис. 1.3, прийнявши швидкість руху гарячого теплоносія в штуцері

(1.14)

Діаметр патрубків входу і виходу холодної води, рис. 1.3 визначаємо по

формулі (1.14), прийнявши .

M Рис. 3.1. Теоретичні розміри міжтрубного простору

Дата добавления: 2015-08-31