2015-06-24
1305
Выбрать конструкцию и режим эксплуатации теплообменного аппарата для нагревания воды в количестве V от начальной температуры tн до конечной температуры tк насыщенным водяным паром давлением Рн.
Описать механизм процесса теплопередачи и построить график распределения температур в рассматриваемом процессе.
Дано:
V=9.5·10-3 м3/с;
Рн=0,36 МПа;
tн=16 ºС;
tк=94 ºС.
Решение
Для определения среднего температурного напора 
в случае прямотока и противотока рекомендуется следующая схема расчета
T1= 139.87 оС пар (Р = 0,36 МПа) Т2 = 139.87 оС
tн = 16 оС вода tк = 94 оС
где Т2=Т1=139,87 оС определили при Рн=0,36 МПа
Поскольку отношение 
>2, применяем для расчета среднего температурного напора следующую формулу
Определяем средние температуры теплоносителей:
.
Неизвестные расходы или температура теплоносителей, а также потери теплоты в окружающую среду определяем из уравнения теплового баланса
где Gхол и Cхол –массовый расход и средняя удельная теплоемкость холодного теплоносиеля, кг/с и Дж/(кг . К);
|
|
|
x=1.03 - 1.05 - коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду.
где V– расход подогреваемой воды, м3/с, V =0,0095 м3/с;
ρ – плотность при температуре воды tсрII =61.27 оС, ρ=983 кг/м2;
С воды–теплоемкость воды при tсрII=61.27 оC, С воды=4180 Дж/ (кг.К)
Тогда
где Gпара – массовый расход горячего теплоносителя (пара), кг/с;
r - удельная теплота конденсации пара, Дж/кг;
r = 2734.103 Дж/кг – при Pн=0,36 МПа.
Qхол=Qгор, следовательно:
Теплофизические свойства теплоносителей определим при их средних температурах из справочных и учебных пособий и заносем в таблицу 1.
Таблица 1.
| Пространство и процесс | Физические величины | Обозначение | Числовые значения |
| Трубное про-странство | Средняя температура теплоносителя, оС Плотность, кг/м3 Удельная теплоемкость, Дж/(кг.К) Теплопроводность, Вт/(м.К) Кинематическая вязкость, м2/с Динамическая вязкость, Па∙с Число Прандтля | tср2 ρ2 Ср2 λ2 γ2 μ Рr2 | 61.27 0,659 0,478.10-6 470.10-6 2.98 |
| Межтрубное пространство (охлаждение теплоносите-ля) | Средняя температура, оС Плотность кг/м3 Удельная теплоемкость, Дж/(кг.К) Теплопроводность, Вт/(м.К) Кинематическая вязкость, м2/с Динамическая вязкость, Па∙с Число Прандтля | tср1 ρ1 Cp1 λ1 γ1 μ Рr1 | 139,87 930.4 0.686 0,216.10-6 201.10-6 1.257 |
Для ориентировочного расчета площади поверхности аппарата принимаем ориентировочный коэффициент теплопередачи К=1500 Вт/(м2.К).
Ориентировочную площадь поверхности аппарата рассчитываем по формуле
где Q – тепловая нагрузка аппарата, Вт;
К – принятый коэффициент теплопередачи, Вт/ (м2.К);
- средний температурный напор, о С.
|
|
|
Произведение числа труб в аппарате на их диаметр вычисляется по формуле:
где n – количество труб в аппарате, шт.;
d – диаметр (внутренний) труб в аппарате, м;
Gводы – массовый расход теплоносителя, кг/с;
μ – динамический коэффициент вязкости, Па.с;
Re – число Рейнольдса. 
υ = 1 м/с– рекомендуемая скорость, м/с.
Принимаем трубы теплообменника Æ25х2 мм.
Тогда необходимое число труб
шт.
По ГОСТ 15118-79 ближайшие числа труб для шестиходового теплообменника: D=600 мм, n=196 шт., F=46 м2, L=3 м;
Выбираем теплообменник
ГОСТ 15118-79
Проверяем скорость движения воды в трубках по формуле
Скорость движения воды в теплообменнике определяется по следующей формуле
Скорость жидкости в одной трубке
где fx – площадь сечения трубок в ходе, м2.
м2
где dвн – внутренний диаметр труб теплообменника, м;
n – среднее число труб в ходе.
м/с
.
Приближенный расчет коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи.
Приближенным расчетом называется расчет коэффициентов в теплопередачи a1 и a2 по формулам, не учитывающим влияния температуры стенки.
Коэффициенты теплоотдачи являются сложной функцией многих переменных и зависит от скорости теплоносителя w, его плотности r и вязкости m, т.е. переменных определяющих режим движения теплоносителя, теплофизических свойств теплоносителя.
Коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара к стенкам трубок для вертикальных трубок определяем по формуле.
Т.к. режим движения воды в трубках турбулентный Re=36903, тогда критерий Нуссельта будет рассчитываться по формуле
Prст – число Прандтля при температуре стенки.
ºС, Prcт=1,75
.
Выражаем из формулы a2
Вт/(м2·К)
Для расчета коэффициента теплопередачи К Вт/(м2.К) через тонкостенную цилиндрическую стенку с достаточной степенью точности применяют формулу для плоской поверхности.
где a1 и a2 – соответственно коэффициенты теплопередачи для горячего и холодного теплоносителей, Вт/(м2.К);
- сумма термических сопротивлений всех слоев, из которых состоит стенка, включая слои загрязнений м2.к/Вт.
Значения загрязнений примем одинаковыми и равными согласно рекомендациям rзагр1= rзагр2=1/5800 К/Вт, теплопроводность нержавеющей стали примем равной λст=17,5 Вт/(м∙К):
Приближенно поверхность теплопередачи по формуле равна
,
что позволяет использовать подобранный теплообменник.
