Расчет теплофизических свойств теплоносителей

Министерство образования Российской Федерации

Архангельский государственный технический университет

Факультет Промышленной энергетики

Кафедра теплоэнергетики

КУРСОВАЯ РАБОТА

по курсу

«Моделирование, оптимизация и алгоритмизация систем и элементов ТЭЦ»

Пояснительная записка

0162.2002.КП.00.011.ПЗ.

Выполнил:         студент фак-та ПЭ IV-1

Проверил:        

Архангельск

2002
1. Исходные данные

Уравнения для расчета теплофизических свойств теплоносителей

Воздух:

Плотность, r, : y = 4E-06x² - 0,0034x + 1,2589;

Теплопроводность, l, : y = -2E-06x² + 0,008x + 2,4324;

Вязкость, n, : y = 8E-05x² + 0,0913x + 13,218;

Теплоемкость, C_p, : y = 3E-07x² + 5E-05x + 1,0025;

Критерий Прандтля, Pr: y = 3E-07x² - 0,0002x + 0,7069

Дымовые газы:

Плотность, r, : y = -5E-09x³ + 7E-06x² - 0,0039x + 1,2902

Теплопроводность, l, : y = (0,0086x + 2,2804)×10^-2;

Вязкость, n, : y = (8E-05x² + 0,0889x + 12,036)×10^-6;

Теплоемкость, C_p, y = 3E-11x³ + 3E-08x² + 0,0003x + 1,0421;

Критерий Прандтля, Pr: y = 2E-07x² - 0,0003x + 0,7183, R² = 0,9969.

Рис. 1. Схема регенерации ГТУ

2. Конструкторский расчет

2.1 Расчет недостающих параметров

Уравнения теплового баланса имеет вид:

, откуда

, т/ч, Þ G₁ ~ G_2,

где   t₁’, t₁’’ – температура греющего теплоносителя (дымовые газы) на входе и выходе, соответственно;

c_p1 и с_р2 – средние теплоемкости дымовых газов и воздуха, соответственно, по средним температурам: t_ср1 = 0,5 ^.(t₁’’+t₁’), ^оС,

t_ср2 = 0,5 ^.(t₂’’+t₂’), ^оС;

η – коэффициент удержания теплоты изоляцией;

G₂ – расход нагреваемого теплоносителя (воздуха);

t₂’’, t₂’ – температура воздуха на выходе и входе, соответственно;

Массовые расходы теплоносителей:

т/ч,

т/ч.

Температура греющего теплоносителя на входе t’₁ = 600 ⁰С.

Первоначально задаемся температурой на выходе t^//₁ = 500 ⁰C.

Средняя температура греющего теплоносителя: ^оС.

Средняя температура нагреваемого теплоносителя: ^оС

Тепловая нагрузка аппарата:

Находим теплофизические свойства дымовых газов и воздуха при их средних температурах:

Воздух:

Плотность: r = 4E-06×160² - 0,0034×160 + 1,2589 = 0,817 кг/м³;

Теплопроводность: l = (-2E-06×160² + 0,008×160 + 2,4324)×10^-2 = 0,037 Вт/(м×К);

Вязкость: n = (8E-05×160² + 0,0913×160 + 13,218)×10^-6 = 2,987×10^-5 м²/с;

Теплоемкость: C_p = 3E-07×160² + 5E-05×160 + 1,0025 = 1,018 кДж/(кг×К);

Критерий Прандтля: Pr = 3E-07×160² - 0,0002×160 + 0,7069 = 0,683.

Дымовые газы:

Плотность: r = -5E-09×550³ + 7E-06×550² - 0,0039×550 + 1,2902 = 0,488кг/м³;

Теплопроводность: l = (0,0086×550 + 2,2804)×10^-2 = 0,063 Вт/(м×К);

Вязкость: n = (8E-05×550² + 0,0889×550 + 12,036)×10^-6 = 7,046×10^-5 м²/с;

Теплоемкость: C_p= 3E-11×550³ + 3E-08×550² + 0,0003×550 + 1,0421 = 1,191кДж/(кг×К);

Критерий Прандтля: Pr = 2E-07×550² - 0,0003×550 + 0,7183 = 0,622.

Теплопроводность стали: l_с = 46 Вт/(м×К).

кг/с,

кг/с.

кВт

Уточняем температуру греющего теплоносителя на выходе из регенератора:

⁰С.

Повторяем расчет теплофизических свойств теплоносителей, а затем вновь уточняем температуру. Расчет производится до схождения уточненной t^//₁ и расчетной t^//_1расч температур.

Расчет приведены в таблице 1 «Конструктивный расчет».

2.2 Конструктивный расчет

Задаемся наружным диаметром трубок d_н=18 мм, толщина стенки δ = 2 мм, тогда внутренний диаметр d_вн=14 мм, трубы стальные бесшовные по ГОСТ8733-74, материал сталь 30.

Принимаем разбивку трубок по равностороннему треугольнику. Шаг разбивки будет равен:

S₁ = 1,5^.d_н = 1,5^.18 =27 мм,

S₂ = 0,866×S₁ = 0,866×27 = 23,4 мм.

Относительный шаг:

Задаемся числом трубок в ряду z_тр = 20 и числом рядов z_р = 21, тогда общее число трубок в аппарате будет:

n = z_тр ^. z_р = 20^,21= 410 шт.

Принимаем число ходов в аппарате равным единице, тогда число трубок в одном ходу будет: m = 410 шт.

Масса одного погонного метра трубы G_m = 0,789 кг.

Ширина теплообменника: B = S₁×z_тр = 27×20/1000 = 0,540 м

Площадь проходного сечения одного хода:

м²

Принимаем активную длину труб la равной 3,405 метра и в ходе дальнейшего расчета уточняем ее.

Конструктивность аппарата:  выполняется.

Коэффициент сжатого сечения:

2.3 Тепловой расчет

Скорость дымовых газов в трубках:

м/с,

м/с,

м/с где ρ_1,2, кг/м³ – плотности дымовых газов и воздуха, соответственно, по средним температурам.

Число Рейнольдса:

для дым. газов ,

для воздуха .

Число Нуссельта:

;

Для , , а для , ;

Находим коэффициенты теплоотдачи:                                                                                                                      

Вт/(м²×К);

 Вт/(м²×К);