|
Пояснительная записка испр 1 часть 239. Термодинамический расчет цикла паротурбинной установки с отбором пара на теплофикацию. Тепловой и гидрогазодинамический расчет сетевого подогревателя
ЧАСТЬ 2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА
2.1. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОНДЕНСАТОРА
ЗАДАНИЕ
Влажный пар из турбины со степенью сухости (берем из термодинамического расчета) поступает в горизонтально расположенный конденсатор, на трубках которого пар конденсируется при постоянном давлении . Трубки выполнены из латуни ( Внутренний диаметр трубок , мм, внешний , мм. Количество трубок в конденсаторе . Расположение трубок в конденсаторе шахматное. Количество рядов трубок по вертикали . Внутри трубок движется вода со скоростью . Температура воды на входе в конденсатор . Переохлаждение конденсата отсутствует. Коэффициент полезного действия теплообменного аппарата ![](54170_html_m6d2e454f.gif)
Рассчитать поверхность теплообмена конденсатора. ПОРЯДОК ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА КОНДЕНСАТОРА
Теплофизические величины воды ( ) берем из таблицы (Физические свойства воды на линии насыщения). При расчете принимаем, что теплофизические величины (в интервале температур 10-40оС) линейно зависят от температуры. Плотность воды , удельная изобарная теплоемкость воды .
Принимаем: , , .
Записываем уравнение теплопередачи через среднеинтегральный температурный напор. Выражаем из этого уравнения искомую поверхность теплообмена. Для ее расчета находим тепловой поток, коэффициент теплопередачи и среднеинтегральный температурный напор.
![](54170_html_4f2257e.gif)
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
20
Откуда
![](54170_html_m6e9f69d2.gif)
Удельный тепловой поток
![](54170_html_472cb93b.gif)
где -безразмерный коэффициент; - предполагаемая высота трубок.
Вычисляем безразмерный коэффициент
![](54170_html_m38a19447.gif)
Вычисляемкоэффициент теплопередачи
![](54170_html_62301fa7.gif)
где - толщина трубки; - коэффициенттеплопроводности материала трубки.
Определяем температурный напор
![](54170_html_m779e11d8.gif)
где - температура воды на границе между зонами, ,
![](54170_html_mb696601.gif)
3. Величину теплового потока берем из термодинамического расчета.
4. Для расчета среднеинтегрального температурного напора строим график изменения температуры теплоносителей по поверхности теплообменника.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
21
![](54170_html_m16c5b3a6.png)
Температура воды на выходе из конденсатора находим из заданного значения .
Удельный тепловой поток
![](54170_html_7ebb11d6.gif)
где -безразмерный коэффициент; - предполагаемая высота трубок. Таблица 3 - Зависимость .
![](54170_html_5dec48b4.gif)
|
![](54170_html_m2c2537e.gif)
|
![](54170_html_1541433c.gif)
| 40
| 15,9
| 173,61
| 60
| 21,56
| 226,5
| 80
| 26,75
| 330,67
| 100
| 31,62
| 390,92
| 120
| 36,25
| 448,2
| 140
| 40,7
| 503,13
| 153,54
| 43,61
| 539,3
| 188
| 50,77
| 627,63
| 5.Массовый расход воды берется из термодинамического расчета действительного цикла.
6. Так как , то коэффициент теплопередачи рассчитываем по приближенной формуле для плоской стенки.
Вычисляемкоэффициент теплопередачи
![](54170_html_62301fa7.gif)
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
22
где - толщина трубки; – коэффициент теплопроводности материала трубки.
7. Для расчета коэффициента теплоотдачи ( ) от пара к внешней поверхности пучка труб воспользуемся формулой теплоотдачи при конденсации пара на горизонтальной трубе с учетом поправки на утолщение пленки конденсата на нижележащих трубах пучка. Скрытую теплоту парообразования ( ) берем из таблицы (Физического свойства водяного пара на линии насыщения) по температуре насыщения. Задаемся температурой стенки трубы. В качестве первого приближения , где - температура насыщения пара, а .
Определяем коэффициент теплоотдачи от пара к трубе:
![](54170_html_m7b972f3a.gif)
8. Для нахождения коэффициента теплоотдачи ( ) от стенки трубы к протекающей в ней воде, определяем режим течения воды по величине безразмерного числа Рейнольдса, а затем рассчитываем безразмерное число Нуссельта, а из него находим .
Определяем коэффициент теплоотдачи от трубы к воде:
![](54170_html_5eb20b8e.gif)
где - эквивалентный диаметр,М; - коэффициент теплопроводности пара ; - критерий Нуссельта для пара.
Вычисляем эквивалентный диаметр:
![](54170_html_3778ee23.gif)
где U - смоченный периметр, м.
Определяем смоченный периметр
![](54170_html_66a9b90e.gif)
![](54170_html_3e5f7859.gif)
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
23
Определяем режим течения воды в трубах
![](54170_html_3f5c56e.gif)
где - критерий Рейнольдса; - коэффициент кинематической вязкости пара, - скорость пара в трубках ,
![](54170_html_490dbdce.gif)
Т.к. то режим течения жидкости турбулентный, значит, критерий Нуссельта определяем по формуле:
![](54170_html_3a1883b4.gif)
где - число Прандтля для пара.
Зная и , рассчитываем коэффициент теплопередачи.
Вычисляем коэффициент теплопередачи
![](54170_html_58d94ffb.gif)
где - толщина трубки; - коэффициент теплопроводности стали трубки.
10. С целью проверки правильности выбора температуры стенки, вычисляем плотность теплового потока ( ) по формуле теплоотдачи и сравниваем с плотностью теплового потока ( ), рассчитанного через среднеинтегральный температурный напор и коэффициент теплопередачи. Если , то значение температуры стенки выбрано правильно.
![](54170_html_m44f14c7e.gif)
11. Зная тепловой поток, коэффициент теплопередачи и среднеинтегральный температурный напор, находим поверхность теплообмена.
Поверхность теплообмена
![](54170_html_m4c5847d0.gif)
12. Зная поверхность теплообмена, рассчитываем общую длину труб ( ).
Вычисляем длину трубок
![](54170_html_3a9abc78.gif)
Выбираем ближайшую стандартную длину трубок L = 1 м
13. Разделив общую длину труб на общее количество труб, находим длину одной трубы.
![](54170_html_m3f669cc5.gif) Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
24
2.2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ СЕТЕВОГО ПОДОГРЕВАТЕЛЯ
ЗАДАНИЕ
Перегретый пар с давлением отбирается из турбины при температуре и поступает в горизонтально расположенный кожухотрубный теплообменный аппарат (сетевой подогреватель), на трубках которого пар конденсируется при постоянном давлении. Трубки выполнены из латуни . Внутренний диаметр трубок , мм, внешний , мм. Количество трубок в теплообменнике . Расположение трубок в теплообменном аппарате шахматное. Количество рядов трубок по вертикали . Внутри трубок протекает вода со скоростью . Число ходов по воде . Температура сетевой воды на входе в подогреватель . Переохлаждение конденсата отсутствует. Коэффициент полезного действия теплообменного аппарата 0,98.
Рассчитать поверхность теплообмена сетевого подогревателя.
ПОРЯДОК ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА СЕТЕВОГО ПОДОГРЕВАТЕЛЯ
1. При расчете принимаем, что теплофизические величины воды ( ) в узком интервале температур линейно зависят от температуры. Их значения находятся по таблице (Приложение 3).
Принимаем: , , .
Записываем уравнение теплопередачи через среднеинтегральный температурный напор. Выражаем из этого уравнения искомую поверхность теплообмена. Для ее расчета н тепловой поток, коэффициент теплопередачи и среднеинтегральный температурный напор.
![](54170_html_4f2257e.gif)
Откуда
![](54170_html_m6e9f69d2.gif)
Удельный тепловой поток
![](54170_html_m5e92b73a.gif)
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
26
где -безразмерный коэффициент; - предполагаемая высота трубок.
Вычисляем безразмерный коэффициент
![](54170_html_m1b3fd93b.gif)
Вычисляем коэффициент теплопередачи
![](54170_html_62301fa7.gif)
где - толщина трубки; - коэффициент теплопроводности материала трубки.
Определяем температурный напор
![](54170_html_1e391d63.gif)
где - температура воды на границе между зонами, ,
![](54170_html_3691074.gif)
3. Величину теплового потока берем из термодинамического расчета.
4. Для расчета среднеинтегрального температурного напора изображаем график изменения температуры теплоносителей по поверхности теплообменника.
![](54170_html_m16c5b3a6.png)
Температуру воды на выходе из сетевого подогревателя находим из уравнения теплового баланса. При его записи учитываем количество всех трубок в сетевом подогревателе и КПД теплообменного аппарата. Из термодинамических таблиц по давлению, которое задано, определяем температуру насыщенного пара и скрытую теплоту парообразования.
Удельный тепловой поток
![](54170_html_8d0e37a.gif)
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
27
где -безразмерный коэффициент; - предполагаемая высота трубок.
Таблица 4 - Зависимость .
![](54170_html_5dec48b4.gif)
|
![](54170_html_7bf5d7a4.gif)
|
![](54170_html_m36ca58cf.gif)
| 40
| 14,9
| 357,96
| 70
| 24,2
| 581,38
| 100
| 31,62
| 759,64
| 130
| 38,5
| 924,92
| 160
| 44,99
| 1080,84
| 190
| 51,17
| 1229,31
| 229,88
| 59
| 1418,3
| 250
| 62,87
| 1510,39
|
5.Массовый расход воды находим по заданной скорости.
6. Так как , то коэффициент теплопередачи рассчитываем по приближенной формуле для плоской стенки.
Вычисляемкоэффициент теплопередачи
![](54170_html_62301fa7.gif)
где - толщина трубки; - коэффициенттеплопроводности материала трубки;
7. Для расчета коэффициента теплоотдачи ( ) от пара к внешней поверхности пучка труб пользуемся формулой теплоотдачи при конденсации пара на горизонтальной трубе с учетом поправки на утолщение пленки конденсата на нижележащих трубах пучка. Учитываем теплоту перегрева пара. Величину теплоемкости пара берем из таблицы (Приложение 4).
Температурой стенки трубы задаемся. В качестве первого приближения , где - температура насыщения пара, а .
Определяем коэффициент теплоотдачи от пара к трубе:
![](54170_html_4aa139d1.gif) Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
28
8. Для нахождения коэффициента теплоотдачи ( ) от стенки трубы к протекающей в ней воде, определяем режим течения воды по величине безразмерного числа Рейнольдса, а затем рассчитываем безразмерное число Нуссельта, а из него находим .
Определяем коэффициент теплоотдачи от пара к трубе:
![](54170_html_m3899d118.gif)
где - эквивалентный диаметр, м; - коэффициент теплопроводности пара; - критерий Нуссельта для пара.
Вычисляем эквивалентный диаметр:
![](54170_html_3778ee23.gif)
где U - смоченный периметр, м.
Определяем смоченный периметр
![](54170_html_2d164e21.gif)
![](54170_html_m2d381968.gif)
Определяем режим течения воды в трубах
![](54170_html_3f5c56e.gif)
где - критерий Рейнольдса; - коэффициент кинематической вязкости пара, - скорость пара в трубках ,
![](54170_html_m1c707644.gif)
Т.к. то режим течения жидкости турбулентный, значит, критерий Нуссельта определяем по формуле:
![](54170_html_m78c43741.gif)
где - число Прандтля для пара.
Зная и , рассчитываем коэффициент теплопередачи.
Вычисляем коэффициент теплопередачи
![](54170_html_36941dbd.gif)
где - толщина трубки; - коэффициенттеплопроводности материала трубки.
10. С целью проверки правильности выбора температуры стенки вычисляем плотность теплового потока ( ) по формуле теплоотдачи и сравниваем с плотностью теплового потока ( ), рассчитанного через среднеинтегральный температурный напор и коэффициент теплопередачи. Если , то значение температуры стенки выбрано правильно.
![](54170_html_m44f14c7e.gif)
11.Зная тепловой поток, коэффициент теплопередачи и среднеинтегральный температурный напор, находимповерхность теплообмена.
Поверхность теплообмена
![](54170_html_m5566c428.gif)
12. Зная поверхность теплообмена, рассчитываем общую длину труб ( ).
Вычисляем длину трубок
![](54170_html_m647e2e4f.gif)
Выбираем ближайшую стандартную длину трубок L = 5 м
13. Разделив общую длину труб на общее количество труб, находим длину одной трубы.
![](54170_html_m4bffdb8b.gif)
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
30
|
|
|