Расчет теплообменника. Теплотехнологическая схема
 Скачать 390.92 Kb.
|
 Теплотехнологическая схема Вода насосом 1 перекачивается из резервуара 2 через грязевик 3 и бойлер 4 по трубопроводам к потребителям. В бойлере вода нагревается от отбора турбины давление pт от t1 до t2. Расход воды V, давление у потребителей pк. Вода подаётся по трубопроводу длиной l=lвс+lн. Длина трубопровода от насоса до теплообменника l'н, высота всасывания hвс, максимальная высота подъёма воды H. Расход, параметры теплоносителей и длины участков трубопроводов приведены в таблице. Таблица Исходные данные для расчета:
Тепловой расчет теплообменника. Выбирают температурную схему движения теплоносителей. В нашем случае – противоток (рис.1).  Рис.1 Средний температурный напор для противотока и прямотока рассчитывается в следующей последовательности: 1. Выбирают температурную схему движения теплоносителей. При изменении агрегатного состояния хотя бы одного из двух теплоносителей, направление тока теплоносителей существенного значения не имеет, т.к. по всей поверхности теплообмена изменение агрегатного состояния теплоносителя (испарения или конденсация) проходит при постоянной температуре, равной температуре насыщения tнас = 127,6° , которую находят по прил. 4 по давлению pт = 0,26 МПа. В этом случае   Если  , то с достаточной точностью, вместо логарифмической, можно брать среднюю арифметическую разность температур Противоточное движение наиболее желательно при проектировании нового теплообменника, так как при прочих равных условиях оно способствует повышению тепловой производительности Q или уменьшению рабочей поверхности аппарата S. 4. С помощью справочных таблиц (табл. 2.1) или на основании опытных данных ориентировочно оцениваются значения α1 = 800…3500 Вт/(м2·°С) и α2 = 800…1700 Вт/(м2·°С). Определение тепловой нагрузки и расхода греющего теплоносителя Тепловую нагрузку находят по формуле  где Qх - количество теплоты, сообщенное холодному теплоносителю, Вт; G2 = V·ρ = 0,051·979 = 49,9 кг/с- расход холодного теплоносителя, кг/с ; c2 - удельная теплоѐмкость холодного теплоносителя, Дж/(кг · К); t2, t1 - температуры холодного теплоносителя на входе в аппарат и выходе из него,0С. В уравнении (2.4) неизвестна удельная теплоѐмкость, значение которой находят по прил.15 при средней температуре холодного теплоносителя: с2 = 4186 Дж/(кг · К). Для определения расхода греющего жидкого теплоносителя или расхода греющего пара воспользуемся уравнением теплового баланса теплообменника:  где Qп =  – потери тепла в окружающую среду (принимают 5%), ВтТепло, отдаваемое при конденсации пара равно  где D – количество греющего пара, кг/с; r = 2186 кДж/кг - удельная теплота конденсации пара при температуре tп = 127,6°С (определяет по таблице насыщенного водяного пара в зависимости от давления прил. 4). Из уравнения (2.7) находят расход пара:  Определение коэффициента теплоотдачи в теплообменнике Коэффициент теплопередачи можно найти двумя способами :   Для учета загрязнений стенок осадками или продуктами коррозии принимают ориентировочные значения тепловой проводимости загрязнений 1/rзагр в зависимости от рода производителя и от вида загрязнений. Значения rзагр находят в прил. 5. 1/rзагр = 2000 Вт/м2·K  где  = 2 мм – толщина стенки трубки, м.;  – теплопроводность металла трубки, Вт / (м2 ·К).Для предварительных расчетов площади поверхности теплообмена можно ориентировочно рассчитать коэффициент теплопередачи К, используя ориентировочные значения коэффициентов теплоотдачи, которые приведены в табл. 2.1. Расчет производят, исходя из того, что при установившемся процессе теплообмена удельный тепловой поток, передаваемый стенке от греющего теплоносителя, должен равняться удельному тепловому потоку, передаваемому теплопроводностью через стенку и ее загрязнения, а также удельному тепловому потоку, передаваемому от стенки к холодному теплоносителю. Определение коэффициента теплоотдачи от греющего теплоносителя к стенке α1. Вначале задаются температурой стенки со стороны горячего теплоносителя tст1 = 123°С (значение tст1 будет ближе к tнас), а затем проверяют еѐ. Находят разность температур tнас-tст1. Коэффициент теплоотдачи для случая конденсации насыщенного водяного пара на вертикальных трубах определяют по формуле:  где r = 2192·103 – теплота конденсации, Дж/кг. Эту величину находят по таблицам насыщенного водяного пара (прил. 4) при температуре пленки tпл, равной  , l = 5 м – длина труб, м (выбирают из ряда 3, 4, 5,7,9). Значение коэффициента A выбирают из таблицы 2.2. А = 190 Далее находят удельный тепловой поток от греющего теплоносителя стенке  Определение коэффициента теплоотдачи от стенки холодному теплоносителю α2. Пользуясь уравнением (2.14) , находят температуру стенки со стороны холодного теплоносителя:  Определяют разность температур между поверхностью стенки и холодным теплоносителем:  В соответствии с характером движения холодного теплоносителя определяют критерий Нуссельта Nu, зависящий от определяющих критериев Рейнольдса Re, Прандтля Pr и Грасгофа Gr. Критерии Рейнольдса Re, Прандтля Pr и Грасгофа Gr находят по следующим формулам:    При t2ср = 67,5°С определим:     Устойчивое турбулентное движение (Re>10000):  Определив коэффициент теплоотдачи по формуле  вычисляют удельный тепловой поток от стенки к холодному теплоносителю  Если q1=q2, то оставляют расчет 1 и 2 таким же. Если q1 q2, то задаются другим значением tcт1 и повторяют расчет 1 и 2, как изложено выше. Находят значения q’1 и q’2 , но т. к. и в этом случае, как правило, не соблюдается условие q’1=q’2, то истинное значение q2 находят графически (рис.2.3). Для этого строят график q=f (tcт1), Вт/м2 , откладывая по оси абсцисс tcт1, а на оси ординат – значения q. Для двух значений tcт1 это пересекающиеся прямые. Точка пересечения и даѐт истинное значение q и tcт1.  Рис. 2.3. График зависимости q от t Весь расчет сводят в сводные табл. 2.4, 2.5. Расчетные параметры холодного теплоносителя Таблица 2.4
Расчетные параметры греющего теплоносителя Таблица 2.5
Расчет поверхности теплопередачи Необходимую поверхность определяют по уравнению:  Действительную поверхность теплоотдачи необходимо принять на 10…15% больше расчетной:  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
