Задача № 4. «Теплообменные аппараты»
Выполнить конструкторский расчет пароводяного теплообменника, предназначенного для подогрева воды, циркулирующей в системе отопления промышленного здания, расположенного в г. Краснодаре, если известны: 1)объем здания по наружному обмеру V Н,м3;
2)температура воды в прямой t при обратной t обрмагистралях, °С;
3)скорость движения воды в теплообменном аппарате w, м/с;
4)давление Р,МПа и степень сухости X греющего пара.
Температуру конденсата греющего пара принять равной температуре насыщения.
Исходные данные выбрать из табл. 4.
Таблица 8 – Исходные данные для задачи 4
Первая цифра варианта | t пр, оС | t обр, оС | Вторая цифра варианта | V Н×10-3, м3 | Р, МПа | w, м/с |
1 | 95 | 70 | 1 | 5 | 0,11 | 0,25 |
2 | 90 | 65 | 2 | 10 | 0,12 | 0,30 |
3 | 85 | 60 | 3 | 15 | 0,13 | 0,35 |
4 | 60 | 55 | 4 | 20 | 0,14 | 0,40 |
5 | 75 | 50 | 5 | 25 | 0,15 | 0,45 |
6 | 70 | 45 | 6 | 30 | 0,16 | 0,50 |
7 | 65 | 40 | 7 | 35 | 0,17 | 0,55 |
8 | 60 | 35 | 8 | 40 | 0,18 | 0,60 |
9 | 55 | 30 | 9 | 45 | 0,19 | 0.65 |
0 | 50 | 25 | 0 | 50 | 0,20 | 0,70 |
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАСЧЕТУ
4.1 Расход теплоты на отопление здания, Q ОТ, кВт:
|
|
,
где q 0 – удельная отопительная характеристика здания, кВт/(м3×К):
;
а – постоянный коэффициент, принимаемый для кирпичных зданий равным 1,9;
t ВН –внутренняя расчетная температура в помещении в зимний период, которую для производственного цеха принимают от 12° до 16°С;
– расчетная температура наружного воздуха (средняя температура самой холодной пятидневки), которая для г. Краснодара равна минус 19°С.
4.2 Из таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара (приложение А8) при давлении Р выписывают:
h' – энтальпию кипящей жидкости, кДж/кг;
tS – температуру насыщения, °С и
r – теплоту парообразования, кДж/кг
и рассчитывают энтальпию влажного насыщенного пара tх на входе в теплообменник по формуле, кДж/кг:
,
где Х – степень сухости пара, которую принимают равной от 0,94 до 0,98.
4.3 Из уравнения теплового баланса пароводяного теплообменника
определяют расходы греющего пара D, кг/с и сетевой воды W, кг/с:
,
где η ИСП – коэффициент, учитывающий потери теплоты аппаратом в окружающую среду (принимают от 0,96 до 0,98);
Срт – средняя массовая изобарная теплоемкость воды, кДж/(кг×К) (Срт = 4,19).
4.4 Площадь живого сечения для прохода воды f, м2:
,
где v = 0,001 м3/кг – удельный объем воды.
4.5 Количество труб в пучке п определяют из выражения:
,
где d вн – внутренний диаметр трубы, м. Для четных вариантов d вн / d нпринимают 17 / 19 мм, а для нечетных 19 / 21 мм.
4.6 Количество рядов труб по ходу водяного пара:
.
Полученное дробное число п 1округляют до ближайшего целого числа.
4.7 В глазомерном масштабе строят диаграмму изменения температур теплоносителей t, оС вдоль поверхности нагрева Н,м2, по которой определяют большую D tб и меньшую D tм разности температур на входе сетевой воды в теплообменный аппарат и на выходе из него.
|
|
4.8 Средний температурный напор в теплообменном аппарате D tср, °С.
При D tб / D tм < 1,7:
.
При D tб / D tм ³ 1,7:
.
4.9 Средняя температура стенки трубы со стороны конденсирующегося пара , ° С:
.
4.10 Из табл. А.7 приложения выписывают физические свойства конденсата при температуре насыщения tS:
теплопроводность l, Вт/(м×К);
плотность r,кг/м3;
кинематическую вязкость n, м2/с.
4.11 Коэффициент теплоотдачи a1, Вт/(м2×К), при конденсации влажного насыщенного пара на горизонтально расположенном пучке труб
рассчитывают по формуле:
.
4.12 Из табл. А.7 приложения выписывают физические свойства сетевой воды при определяющей температуре , оС:
теплопроводность l, Вт/(м×К),
кинематическую вязкость n, м2/с и
числа Прандтля при температуре t o (Pr ж) и (Pr СТ).
4.13 Из критериального уравнения, описывающего процесс конвективного теплообмена при вынужденном турбулентном движении теплоносителя
,
определяют значение коэффициента теплоотдачи от внутренней поверхности стенки труб к сетевой воде a2, Вт/(м2×К).
Здесь: – число Нуссельта;
– число Рейнольдса.
4.14 Уточняют предварительно принятое по п.7.9 значение температуры стенки трубы, оС:
.
4.15 Коэффициент теплопередачи в теплообменнике К, Вт/(м2×К)
.
4.16 Поверхность нагрева теплообменника Н, м2 находят из уравнения теплопередачи
.
Таблица А.7 – Физические свойства воды на линии насыщения
t, oC | r, кг/м3 | l×102, Вт/(м×К) | n×106, м2/с | Рr |
50 | 988,1 | 64,8 | 0,556 | 3,54 |
60 | 983,2 | 65,9 | 0,478 | 2,98 |
70 | 977,8 | 66,8 | 0,415 | 2,55 |
80 | 971,8 | 67,4 | 0,365 | 2,21 |
90 | 965,3 | 68,0 | 0,326 | 1,95 |
100 | 958,4 | 68,3 | 0,295 | 1,75 |
110 | 951,0 | 68,5 | 0,272 | 1,60 |
120 | 943,1 | 68,6 | 0,252 | 1,47 |
130 | 934,8 | 68,6 | 0,233 | 1,36 |
140 | 926,1 | 68,5 | 0,217 | 1,26 |
Таблица А.8 – Термодинамические свойства воды и водяного пара
Р, МПа | h' , кДж/кг | tS, °С | r, кДж/кг |
0,11 | 428,84 | 102,32 | 2251,2 |
0,12 | 439,36 | 104,81 | 2244,4 |
0,13 | 449,19 | 107,13 | 2238,2 |
0,14 | 458,42 | 109,32 | 2232,4 |
0,15 | 467,13 | 111,37 | 2226,8 |
0,16 | 475,38 | 113,32 | 2221,4 |
0,17 | 483,22 | 115,17 | 2216,8 |
0,18 | 490,70 | 116,93 | 2211,4 |
0,19 | 497,85 | 118,62 | 2206,8 |
0,20 | 504,70 | 120,23 | 2202,2 |