Практическая работа №1
Теплообменники
Необходимо произвести тепловой и конструктивный расчет отопительного пароводяного подогревателя горизонтального типа и секционного водоводяного подогревателя производительностью Q = 1,2∙106 ккал/ч. Температура нагреваемой воды при входе в подогреватель t2 ’ = 65°С и при выходе t2 ’’ = 95°С. Температура сетевой воды при входе в водоводяной подогреватель t1 ’ = 140°C и при выходе t1 ’’ = 80°C. Влияние загрязнения поверхности нагрева подогревателя и снижение коэффициента теплопередачи при низких температурах воды учесть понижающим коэффициентом b=0,65.
Таблица 1
Исходные данные
№ варианта
|
Производительность, Q·10-6 , кДж/ч
|
Температура нагреваемой воды при входе в подогреватель, t2 ’, o С
|
Давление сухого насыщенного водяного пара, р, ат
|
1
|
3,78
|
75
|
3,5
|
2
|
5,04
|
70
|
4,0
|
3
|
5,88
|
65
|
4,5
|
4
|
6,72
|
60
|
5,0
|
5
|
7,56
|
75
|
3,5
|
6
|
8,40
|
70
|
4,0
|
7
|
9,24
|
65
|
4,5
|
8
|
10,1
|
60
|
5,0
|
9
|
3,78
|
70
|
3,5
|
10
|
5,04
|
75
|
4,0
|
11
|
5,88
|
65
|
3,5
|
12
|
6,72
|
65
|
5,0
|
13
|
7,56
|
70
|
3,5
|
14
|
8,40
|
75
|
4,0
|
15
|
3,78
|
65
|
4,5
|
16
|
5,04
|
65
|
4,0
|
17
|
5,88
|
65
|
4,0
|
Для расчета отопительного пароводяного подогревателя приняты следующие дополнительные данные:
– давление сухого насыщенного водяного пара р = 4 ат (tн = 143,62°С), см. Таблицу вода-водяной пар на линии насыщения;
– температура конденсата, выходящего из подогревателя, tк = tн ;
– число ходов воды z = 2;
– поверхность нагрева выполнена из латунных труб (l = 90ккал/м·ч·град) диаметром d = 14/16мм.
Загрязнение поверхности учесть дополнительным тепловым сопротивлением dз /lз = 0,00015м2 ·ч·град/ккал.
В обоих вариантах скорость воды wт (в трубках) принять по возможности близкой к 0,9 м/сек.
Для упрощения расчета принять rв = 1000 кг/м3 .
На основе расчетов выбрать аппараты, выпускаемые серийно, и сделать сопоставление полученных результатов.
Для расчетов необходимо:
1. Рабинович О. М. Сборник задач по технической термодинамике. – М.: Машиностроение, 1973. – 344 с. (Таблица Насыщенный водяной пар (по давлениям))
2. Таблица зависимости кинематической вязкости воды от температуры
Пример расчета пароводяного подогревателя
Исходные данные: температура нагреваемой воды при входе в подогреватель t2 ’ = 65°С, мощность Q = 1,2 ·106 ккал/ч.
Расчет: Определим расход воды:
(кг/ч)
или V = 40 м3 /ч.
Число трубок в одном ходе:
(шт.)
где dв – внутренний диаметр теплообменных труб (из дополнительных данных).
Общее число трубок в корпусе:
(шт.)
Рисунок 1 – Размещение трубок в трубной решетке трубчатого подогревателя:
а – по вершинам равносторонних треугольников;
б – по концентрическим окружностям.
Принимая шаг трубок s = 25мм, угол между осями трубной системы a = 60° и коэффициент использования трубной решетки Y = 0,7, определим диаметр корпуса:
(м) = 378 (м)
Определим также диаметр корпуса по Таблице 1.7 Приложения 1 и Рисунку 1 при ромбическом размещении трубок.
Для числа трубок n = 144 находим в Таблице 1.7 значение D’/s = 14 и, следовательно, D’ = 14·25 = 350(мм).
Диаметр корпуса составит:
D = D’+dн +2k=350+16+2·20=406 (мм).
Приведенное число трубок в вертикальном ряду:
(шт.)
Определим коэффициент теплоотдачи aп от пара к стенке:
Температурный напор:
(°С)
Средние температуры воды и стенки:
(°С)
(°С)
Режим течения пленки конденсата определяем по приведенной длине трубки (критерий Григулля) для горизонтального подогревателя, равной:
,
где т – приведенное число трубок в вертикальном ряду, шт.;
dн – наружный диаметр трубок, м;
А1 – температурный множитель, значение которого выбирается по Таблице 2:
(1/(м·град))
(°С)
Таблица 2
Значения температурных множителей в формулах для определения коэффициентов теплоотдачи
Конденсирующийся пар
|
Вода при турбулентном движении
|
Температу-ра насыщения, tн , °С
|
A1
|
А2
|
А3
|
A4 ·103
|
Температу-ра t, о С
|
A5
|
20
|
5,16
|
–
|
–
|
1,88
|
20
|
1746
|
30
|
7,88
|
–
|
–
|
2,39
|
30
|
1909
|
40
|
11,4
|
–
|
–
|
2,96
|
40
|
2064
|
50
|
15,6
|
–
|
–
|
3,56
|
50
|
2213
|
60
|
20,9
|
–
|
–
|
4,21
|
60
|
2350
|
70
|
27,1
|
–
|
–
|
4,91
|
70
|
2490
|
80
|
34,5
|
7225
|
10439
|
5,68
|
80
|
2616
|
90
|
42,7
|
7470
|
10835
|
6,48
|
90
|
2740
|
100
|
51,5
|
7674
|
11 205
|
7,30
|
100
|
2850
|
110
|
60,7
|
7855
|
11524
|
8,08
|
110
|
2957
|
120
|
70,3
|
8020
|
11 809
|
8,90
|
120
|
3056
|
130
|
82,0
|
8140
|
12039
|
9,85
|
130
|
3150
|
140
|
94,0
|
8220
|
12249
|
10,8
|
140
|
3235
|
150
|
107
|
8300
|
12375
|
11,8
|
150
|
3312
|
160
|
122
|
8340
|
12469
|
12,9
|
160
|
3385
|
170
|
136
|
8400
|
12554
|
14,0
|
170
|
2450
|
180
|
150
|
8340
|
12579
|
15,0
|
180
|
3505
|
При tн = 143,62°С имеем A1 =98,71 (1/(м·град), тогда L = 12·0,016·30,62·98,71 = 580,32 , т. е. меньше величины Lкр = 3900 (для горизонтальных труб), следовательно, режим течения пленки ламинарный.
Для этого режима коэффициент теплоотдачи от пара к стенке на горизонтальных трубках может быть определен по преобразованной формуле Д.А. Лабунцова:
При tн = 143,62°С по Таблице 2 находим множитель A2 = 8248,96, тогда:
(ккал/(м2 ·ч·град))
Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки к воде.
Режим течения воды в трубках турбулентный, так как:
,
где n – коэффициент кинематической вязкости воды (по справочнику); n = 0,373·10-6 м2 /c при средней температуре воды t = 81,42°С.
Коэффициент теплоотдачи при турбулентном движении воды внутри трубок:
,
где dэ = dв .
При t = 81,42°С по Таблице 2 множитель A5 =2633,6, следовательно:
(ккал/(м2 ·ч·град))
Расчетный коэффициент теплопередачи (с учетом дополнительного теплового сопротивления dз /lз ) определяем по формуле для плоской стенки, так как ее толщина меньше 2,5мм:
(ккал/(м2 ·ч·град))
Уточненное значение температуры стенки трубок:
(°С)
Поскольку уточненное значение tст мало отличается от принятого для предварительного расчета, то пересчета величины aп не производим (в противном случае, если отличие в данных температурах более 3%, необходимо производить пересчет до достижения данной точности).
Расчетная поверхность нагрева:
(м2 )
Ориентируясь на полученную величину поверхности нагрева и на заданный в условии диаметр латунных трубок d = 14/16мм, выбираем пароводяной подогреватель горизонтального типа конструкции Я.С. Лаздана (Рисунок 1.1, Таблица 1.1) с поверхностью нагрева F = 10,4м2 , площадью проходного сечения по воде (при z = 2) fт = 0,0132м2 , количеством и длиной трубок 172×1200мм, числом рядов трубок по вертикали т = 12. Основные размеры подогревателя приведены в Таблице 1.2.
Уточним скорость течения воды w в трубках подогревателя:
(м/с)
Поскольку активная длина трубок l =1200мм, длина хода воды
L = l·z = 1200·2 = 2400 (мм).
Определяем гидравлические потери в подогревателе. Коэффициент гидравлического трения при различных режимах течения жидкости и различной шероховатости стенок трубок можно подсчитать по формуле А.Д. Альтшуля:
,
где k1 – приведенная линейная шероховатость, зависящая от высоты выступов, их формы и частоты.
Принимая k1 = 0 (для чистых латунных трубок), формулу можно представить в более удобном для расчетов виде (для гидравлически гладких труб):
Уточняем критерий Рейнольдса:
Таблица 3
Значения lT = f(Re) для гидравлически гладких труб
Re·10-3
|
lт
|
Re·10-3
|
lт
|
Re·10-3
|
lт
|
Re·10-3
|
lт
|
10
|
0,0303
|
80
|
0,0184
|
200
|
0,0153
|
340
|
0,0139
|
20
|
0,0253
|
90
|
0,0179
|
220
|
0,0150
|
360
|
0,0137
|
30
|
0,0230
|
100
|
0,0175
|
240
|
0,0147
|
380
|
0,0135
|
40
|
0,0215
|
120
|
0,0168
|
260
|
0,0146
|
400
|
0,01345
|
50
|
0,0205
|
140
|
0,0164
|
280
|
0,0144
|
|
|
60
|
0,0197
|
160
|
0,0160
|
300
|
0,0142
|
|
|
70
|
0,0190
|
180
|
0,0156
|
320
|
0,0140
|
|
|
Используя Таблицу 3, по известной величине Re находим lт = 0,023.
|
Скачать 56.72 Kb.