Определение конечных температур греющего и нагреваемого теплоносителей

Страницы работы

14 страниц (Word-файл)

Содержание работы

2. Конструкторский расчет

           2.1 Расчет недостающих параметров

Расход греющего теплоносителя находим из уравнения теплового баланса, которое имеет вид:

Q=G1.(h1’-h1’’).η= G2.c2.(t2’’-t2’) 

откуда

G1=  , т/ч, где   h1’=2778,3 кДж/кг – энтальпия греющего теплоносителя (пар) на входе;

h1’’=762,8 кДж/кг - энтальпия греющего теплоносителя  на выходе;

c2=4,254 кДж/(кг*К) – теплоемкость воды по средней температуре tср=0,5 .(t2’’+t2’)=125 оС  ;

η=0,98 – коэффициент удержания теплоты изоляцией;

G2=500 т/ч – расход нагреваемого теплоносителя (воды);

t2’’=150 оС – температура воды на выходе;

t2’=100 оС – температура воды на входе;

G1==53,84 т/ч

2.2 Конструктивный расчет

Задаемся наружным диаметром трубок dн=25 мм, толщина стенки δ=1 мм, тогда внутренний диаметр dвн=23 мм, трубы стальные бесшовные по ГОСТ8733-74, материал сталь 30.

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

S=1,3.dн=1,3.25=32,5 мм

Задаемся количеством шестиугольников а=23, тогда общее число трубок в аппарате будет:

n=3.a.(a+1)+1=3.23.(23+1)+1=1657 шт.

Принимаем число ходов в аппарате z=1, тогда число трубок в одном ходу будет:

N==1657 шт.

Скорость воды в трубках

ω===0,216 м/с, где ρ=933,34 кг/м3 – плотность воды по средней температуре tср=0,5 .(t2’’+t2’)=125 оС

 Диаметр по центрам наружного ряда трубок будет:

____                           ____

Dтр=1,053.S. =1,053.0,0325. =1,511 м, где  ηтр=0,85 – коэффициент заполнения трубной решетки.

 2.3 Тепловой расчет

Уравнение теплопередачи имеет вид:

Q=k.F.Δtср,

Отсюда площадь поверхности теплообмена

F= , где  Δtср – среднелогарифмический температурный напор аппарата, вычисленный по                              формуле при схеме с постоянством температуры одного из теплоносителей.

Δtср= , оС

Задаемся температурой пара на входе tн, на выходе tк=tн, где tн=179,87  оС – температура насыщения пара при давлении Р=1 МПа,

Δtср== 50,84 оС

Коэффициент теплопередачи

К=,  Вт/(м2.К), где α1 , α2 – соответственно коэффициенты теплоотдачи греющего и нагреваемого     теплоносителей,  Вт/(м2.К),

δст=0,001 м – толщина стенки трубки;

λст=47  Вт/(м.К) – коэффициент теплопроводности стали 30 по tст;

Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на горизонтальных трубах вычисляется по формуле Лабунцова:

α1=0,728., где ρк=876,87 кг/м3 – плотность конденсата при температуре насыщения tн;

g=9,81 м/с2 – ускорение свободного падения;

λк=0,67 Вт/(м.К) – коэффициент теплопроводности конденсата;

νк=1,73.10-7 м2/с - коэффициент кинематической вязкости конденсата;

Задаемся температурой стенки tст=161,11  оС

α1=0,728.= 4590,08 Вт/(м2.К),

Предполагая режим движения турбулентным, для расчета коэффициента теплоотдачи воды используем формулу Михеева:

Nu=0,021.Re0,8.Pr0,43., где Re== =20598,6 - число Рейнольдса;

где  ν=2,415.10-7 м2/с - коэффициент кинематической вязкости воды по средней температуре tср=0,5 .(t2’’+t2’)=125 оС;

Pr=1,432 – число Прандтля  по средней температуре воды tср=0,5 .(t2’’+t2’)=125 оС;

Prст=1,113– число Прандтля  по температуре стенки  tст=161,11 оС;

Тогда

Nu=0,021.(20598,6)0,8.(1,432)0,43.=73,73;

Откуда коэффициент теплоотдачи воды равен:

α2=Nu73,73=2199,76 Вт/(м2.К), где λ=0,686 Вт/(м.К)  – коэффициент теплопроводности по средней температуре воды      

tср=0,5 .(t2’’+t2’)=125 оС;

Тогда коэффициент теплопередачи

К== 1441,48 Вт/(м2.К),

Отсюда площадь поверхности теплообмена

F== 403,06 м2,

Плотность теплового потока:

q===73286,5 Вт/м2

Уточняем температуру стенки:

tст1=tн-=179,87-=163,91  оС

tст2=tср+=125+=158,32  оС

tст ’= tст1 + tст2=(163,91+158,32).0,5=161,11  оС

Расхождение между заданной и полученной температурой стенки Δtст=0  оС, поэтому пересчета не требуется.

Активная длина трубок

L===3,23 м,

Отрезная длина трубок:

Lотр=L+2.0,02=3,23+0,04=3,27 м,

Проверка конструктивности аппарата:

1,5…25…7

=2,135;

Масса одного погонного метра трубы:

m1=(0,0252-0,0232).7800=0,588 кг/м, где ρм=7800 кг/м3 – плотность материала трубок;

Металлоемкость аппарата:

Ме=m1.L.n==3182,87 кг

      2.4 Гидравлический расчет

Общие потери давления в аппарате:

ΔP= ΔPтр+ΔPм, где  ΔPтр – потери давления на трение, Па,

ΔPтр,

где ξ – коэффициент трения, вычисляемый для 3000Re 100000 по формуле    

Блазиуса:

ξ===0,02641;

Тогда

ΔPтр=0,02641=81,9 Па

ΔPм – местные потери давления, Па

ΔPм=Σψi , где Σψi1 2.z+ z.ψ3 +(z-1).ψ4 5 – сумма коэффициентов местных сопртивлений;

ψ15=1,5 – удар и поворот во входной и выходной водяных камерах;

ψ2=0,5 – вход воды в трубки с закругленными краями;

ψ3=1 – выход по прямому направлению;

ψ4=2,5 – поворот потока воды в водяной камере на 180о

ΔPм=(1,5+0,5+1+0+1,5) =98,2 Па,

Тогда общие потери давления в аппарате:

ΔP=81,9+98,2=180,1 Па,

Затраты мощности на перекачку нагреваемого теплоносителя:

Похожие материалы

Информация о работе