Методические указания к расчету

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;

t_S – температуру насыщения, °С и

r – теплоту парообразования, кДж/кг

и рассчитывают энтальпию влажного насыщенного пара t_х 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);

С_рт – средняя массовая изобарная теплоемкость воды, кДж/(кг×К) (С_рт = 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 t_б и меньшую D t_м разности температур на входе сетевой воды в теплообменный аппарат и на выходе из него.

 

4.8 Средний температурный напор в теплообменном аппарате D t_ср, °С.

При D t_б / D t_м < 1,7:

.

 

При D t_б / D t_м 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 t_S:

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