Перевод районной котельной в режим мини-ТЭЦ (Тепловой и гидроаэродинамический расчет теплообменного оборудования)

5. Тепловой и гидроаэродинамический

расчет теплообменного оборудования

5.1. Выбор и расчет водо-водяного теплообменного аппарата.

Данный теплообменный аппарат служит для охлаждения сетевой водой охлаждающей жидкости (воды), циркулирующей в замкнутой системе охлаждения двигателя. Расчет состоит в определении площади теплообмена. Для составления теплового баланса теплообменника, представим его схематично на рис.5.1.1.

Рис.5.1.1. Схема водо-водяного теплообменника.

Для аппаратов, работающих без изменения агрегатного (фазового) состояния теплоносителей, уравнение теплового баланса имеет вид:

,                                     (5.1.1)

где Q - тепловая производительность, Вт;

G₁ и G₂ - расходы теплоносителей, не изменяющих агрегатного состояния, кг/с;

c₁ и c₂ - средние изобарные теплоемкости теплоносителей при средней температуре теплоносителей в теплообменнике, кДж/(кг×^oC);

t¢₁, t¢¢₁, t¢₂, t¢¢₂ - начальные и конечные температуры теплоносителей,  ^oC;

- коэффициент, учитывающий потери тепла аппаратом в окружающую среду.

В нашем случае уравнение теплового баланса будет иметь следующий вид:

.                                  (5.1.2)

Для выбранного двигателя известны следующие параметры:

а). расход охлаждающей жидкости (воды) G₁₅, 16,115 кг/с;

б). температура охлаждающей жидкости на входе в теплообменник t₁₅,  ^оС: 90;

в) температура охлаждающей жидкости на выходе из теплообменника t₁₆, ^oC: 80.

Из ранее приведенных расчетов известна температуры сетевой воды на входе и на выходе из теплообменника, которые равны соответственно 72,5 ^оС и 78  ^оС.

В качестве теплообменного аппарата выбран пластинчатый теплообменник, с трубками прямоугольного сечения размером 4´8 мм и межтрубном пространством 4´450мм, толщина стенки трубки 1мм /12/.

В трубках протекает более нагретый теплоноситель, т.е. охлаждающая вода, а в межтрубном пространстве - сетевая вода.

Найдем коэффициент теплоотдачи от нагретой жидкости к стенке.

Определим определяющий размер, который используется для вычисления чисел подобия. Для трубок прямоугольного сечения определяющий размер определяется по формуле:

  м,                                 (5.1.3)

где f - поперечное живое сечение трубы, м;

p - cмоченный периметр поперечного сечения, м.

Зададимся скоростями теплоносителей в теплообменнике:

- скорость охлаждающей воды w_во = 1,2 м/c;

- скорость сетевой воды w_вс = 1,0 м/с.

Определим критерий Рейнольдса:

,                                                         (5.1.4)

где w - скорость теплоносителя, м/с;

d - определяющий размер, м;

n - коэффициент кинематической вязкости при средней температуре теплоносителя в теплообменнике, м²/с;

.

Как видно из расчетов режим течения охлаждающей жидкости в трубках турбулентный.

Определим критерии Прандтля, взятых при температуре потока t_ж=85^oC и температуре стенки, которую примем равной t_с=70  ^oC, с помощью таблиц /12/:

Pr_ж = 2,08;

Pr_с = 2,55.

Для развитого турбулентного режима течения потока жидкости в каналах используем следующее критериальное уравнение /15/:

,                                       (5.1.5)

где Re - критерий Рейнольдса, взятый при температуре потока;

Pr_ж - критерий Прандтля, взятый при температуре потока;

Pr_с - критерий Прандтля, взятый при температуре стенки;

.

Зная критерий Нуссельта, определим коэффициент теплоотдачи от потока