Промышленность \ Моделирование, алгоритмизация и оптимизация систем и элементов ТЭЦ

Разработка алгоритма конструкторского и поверочного расчетов кожухотрубчатого испарителя с прямыми трубами с реализацией данных алгоритмов на ЭВМ, страница 3

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

Δt_ср= , ^оС

Температура насыщения пара t_н=120,22 ^оС при давлении Р=0,2 МПа.

Δt_ср== 38,93^оС

Коэффициент теплопередачи:

К=, Вт/(м^2.К), где α_1
, α₂ – соответственно коэффициенты теплоотдачи греющего и нагреваемого теплоносителей, Вт/(м^2.К);

δ_ст=0,002 – толщина стенки трубки;

λ_ст=51 Вт/(м^.К) – коэффициент теплопроводности стали 20.

Задаемся температурой стенки t_ст=123,31 ^оС

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

где Re₁== =62369 - число Рейнольдса;

ν₁=1,88^.10^-7м²/с - коэффициент кинематической вязкости воды при t_ср=160 ^оС;

Pr_ж=1,086 – число Прандтляпри средней температуре воды t_ср=160 ^оС;

Pr_ст=1,385– число Прандтляпри температуре стенки t_ст=123,31 ^оС;

Nu₁=0,021^.(62369)^0,8.(1,086)^0,43.=140,36

Коэффициент теплоотдачи от воды:

α₁=Nu₁140,36=3012 Вт/(м^2.К), где λ₁=0,687 Вт/(м^.К) – коэффициент теплопроводности при t_ср=160 ^оС.

Для определения коэффициента теплоотдачи при кипении жидкости на трубах используем следующую формулу:

где Pr – число Прандтля конденсата при температуре насыщения, Pr=1,438;

Re₂ – число Рейнольдса при кипении на трубах;

n – число труб в направлении действия свободной конвекции, n=16 шт;

s – расстояние между трубами, s=54 мм;

d_н – наружный диаметр трубок, d_н=32 мм;

где Q – тепловая нагрузка аппарата, Q=6466,3 кВт;

s - коэффициент поверхностного натяжения при температуре насыщения, s=0,055 Н/м;

Т_н – температура насыщения, Т_н=(120,22+273,15)=393,37 °С;

С_рп – изобарная теплоемкость пара при температуре насыщения, С_рп=2,174 кДж/кг/К;

r_ж - плотность конденсата при температуре насыщения, r_ж=942,936 кг/м³;

F – площадь поверхности теплообмена, F=62,7 м²;

r – удельная теплота парообразования, r=2201,6 кДж/кг;

r_п - плотность пара при температуре насыщения, r_п=1,128 кг/м³;

n₂ – коэффициент кинематической вязкости конденсата, n₂=2,46^.10^-7 м²/с.

Проверяем условие применимости принятой формулы для теплоотдачи:

1,215^.(16+1)=20,65>10

Коэффициент теплоотдачи при кипении:

где l_2ж – теплопроводность конденсата при температуре насыщения, l_2ж=0,684 Вт/м/К.

Вт/м²/К

Коэффициент теплопередачи:

К==2649 Вт/(м^2.К)

Площадь поверхности теплообмена

F== 62,7 м²

Плотность теплового потока:

q===103139 Вт/м²

Уточняем температуру стенки:

t_ст1=t_ср-=160-=125,76^оС

t_ст2=t_н+=120,22+=120,86^оС

t_ст’= (t_ст1+ t_ст2)/2=(125,76+120,86)/2=123,31^оС

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

Действительная длина трубок:

L===2,293 м

Проверяем конструктивность аппарата из условия, что 1,5£(L/D_н)£8:

L/D_н=2,293/1,3=1,8

Принимаем отрезную длину труб L_отр=2,333

Плотность стали ρ_ст=7850 кг/м³

Металлоемкость аппарата:

где s_тр – толщина трубной решетки, s_тр =0,02 м.

М=((1,3²-(1,3-2^.0,01)²+(0,036²-0,032²)^.256)^.2,333+2^.(1,3²-0,032^2.256)^.0,02)^.3,14/4^.7850=2078,6 кг

Величина капитальных затрат:

К=Ц×М=10000×2078,6×10^-6=20,8 тыс. руб.

где Ц=10000 руб/т – цена металла.

1.5 Гидравлический расчет

Общие потери давления в аппарате определяются суммой величин потерь давления при прокачке теплоносителя по трубкам потерь давления при преодолении местных сопротивлений

ΔP= ΔP_м+ΔP_тр, где ΔP_тр– потери давления на трение, Па,

ΔP_тр=l, где l– коэффициент трения, вычисляемый для 10000Re 2000000 по формуле: