Разработка методики геотермального теплоснабжения для зимней, блочной, почвенной теплицы

3. Расчет теплооменников

3.1. Методика расчета теплооменника для горячего водоснабжения (ГВС)

В качестве низкотемпературного источника тепла для теплонасосных систем отопления и горячего водоснабжения в последнее время, среди различных способов теплосбора, все шире применяются секционные кожухотрубые теплообменники.

Задачей данного расчета является определение количества секций теплообменника для подогрева воды, идущей на горячее водоснабжение.

Исходные данные для расчета:

-  максимальные тепловые нагрузки                    Qобщ = 5096,79 кВт в т.ч. горячее водоснабжение                                 Qгвс  = 166,6 кВт

- температура термальной воды                             tт        = 50^oС

- расход термальной воды                                      Gт      = 100 м³/ч в т.ч. на горячее водоснабжение                            Gт гвс= 9 м³/ч

- температура сетевой воды на входе в блок теплообменников ГВС

t’ гвс = 10^oС

- температура воды, идущей потребителям ГВС            t’’ гвс = 50^oС

Исходя из технических соображений, в расчетной схеме используются секционные водо-водяные горизонтальные подогреватели ПВ –114 х 2-1,0 –Р2 с титановыми трубками. Применение титановых трубок обуславливается высокой минерализацией термальной воды.

Параметры секции теплообменника:

- диаметр корпуса Dн/Dв = 114/106 мм/мм

-  диаметр трубок dн/dв = 16/14 мм/мм

-  число трубок в секции n = 19 шт.

-  площадь поверхности нагрева одной секции F = 2м²

-  площадь сечения трубок fтр = 0,00293 м²

-  площадь сечения межтрубного пространства fмтр = 5 * 10^-5 м²

3.11. Уравнение теплового баланса

Gт * p * c * (tт – t’т )              Gгвс * p * c * (t’’гвс – t’гвс )

Qгвс =                                        =                                                 ()

3600                                                   3600

где       Qгвс – тепловая производительность

p = 1000 кг / м³ – плотность воды с = 4,19 кДж/ кг * С – теплоемкость воды.

Подставляя в это уравнение известные величины находим Qгвс и t’т.

30*1000*4,19*(65–t’т)            9*1000*4,19* ( 50 - 10 )

Qгвс =                                        =                                              

3600                                                   3600

Отсюда         Qгвс =  419 кВт;            t’т = 53^oС

-  Средний температурный напор для противотока:

Dtб - Dtт                    43 - 15

ln

ln

Dtср =                                   =                                 = 26^oС           ()

                              Dtб                                  43                                                      

Dtт                                  15

где       Dtб = t’т – t’гвс = 53 – 10 = 43^oС

Dtт = tт – t’’гвс = 65 – 50 = 15^oС

3.12. Скорость движения термальной воды:

в трубах:

Gт                     30

Wт =                         =                           = 2,8 м/с

3600 * fтр          3600 * 0,00293

в межтрубных пространствах:

Gгвс                            9

Wт =                         =                           = 0,5 м/с

3600 * fмтр        3600 * 0,005

3.13. Определим коэффициент теплоотдачи от термальной воды к стенке трубы.

Число Рейнольдса:

Wт * dвн              2,8 * 0,014

Re =                          =                           = 59484

u                       0,659 * 10^-6

где u - 0,659 * 10^-6 – коэффициент вязкости воды при температуре 40^oС

Значение критерия Рейнольдса Re =59484 > 10000, что соответствует установившемуся турбулентному режиму, поэтому для определения критерия Нуссельта пользуемся следующей формулой:

Nu = 0,021 * Re^0,8 * Pr^0,43= 0,021 * 59484^0,8* 4,31^0,43= 259

где  Pr = 4,31- критерий Прандтеля при температуре воды 40^oС

3.14. Коэффициент теплоотдачи определим по формуле:

l * Nu             63,5 * 10^-2 * 259

&₁ =                    =                                         = 11747 Вт/м² К

dвн                            0,014

Где  l = 63,5 * 10^-2 Вт/м² К  -коэффициент теплопроводности воды при температуре  40^oС

3.15. Определим коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воде:

Wмтр * dэкв         0,5 * 0,0155

Re =                          =                           = 7704

u                     1,006 * 10^-6

Где  dэкв – эквивалентный диаметр

D² – n*dн²            0,106²–19 * 0,016²

dэкв =                         =                                   = 0,0155 м

n*dн + D            19 * 0,016 + 0,106

где dн -наружный диаметр трубок;

Dн -внутренний диаметр теплообменника;

n =19-количество трубок в теплообменнике;

u = 1,006*10^-6 м²/с-коэффициент кинематической вязкости воды при ее средней температуре. Так как  Re < 10000, то критерий Нуссельта: