Разработка алгоритма конструкторского и поверочного расчетов сетевого подогревателя вертикального типа с реализацией данных алгоритмов на ЭВМ, страница 3

1.2 Расчет недостающих параметров

Недостающие параметры находятся из уравнений теплового баланса. Так как только один из двух теплоносителей изменяет свое агрегатное состояние, то используем уравнение:

Q=G₁×(h₁¢-h₁¢¢)×h=G₂×c₂×(t₂¢¢-t₂¢), где      G₁ - массовый расход греющего пара, кг/с;

G₂ - массовый расход нагреваемой воды, кг/с;

h - коэффициент удержания теплоты изоляцией аппарата, из расчета h=0,97¸0,99, принимаем h=0,98;

h₁¢ - энтальпия греющего насыщенного пара, кДж/кг, по таблице II [2] с учетом давления греющего пара Р_П=0,4 МПа примем    h₁¢=2737,9 кДж/кг;

h₁¢¢ - энтальпия конденсата пара в состоянии насыщения, кДж/кг, по таблице II [2] с учетом давления греющего пара Р_П=0,4 МПа примем     h₁¢¢=604,4 кДж/кг;

t₂¢ - температура нагреваемой воды на входе в аппарат, °С;

t₂¢¢ - температура нагреваемой воды на выходе из аппарата, °С;

с₂ - теплоемкость нагреваемой воды, Дж/(кг×К), по Р=1,8 МПа и t_ср2=(t₂¢¢+t₂¢)/2=(110+70)/2=90°С принимаем с₂=4200,59 Дж/(кг×К).

Тогда  G₂=Q/[c₂×(t₂¢¢-t₂¢)]=4×10³/[4200,59×(110-70)]=2,381 кг/с.

G₁=Q/[(h₁¢-h₁¢¢)×h]=4×10³/[10³×(2737,9-604,4)×0,98]=0,191 кг/с.

Температуру насыщения t_Н греющего пара, с учетом давления Р_П=0,4 МПа примем t_Н=143,51°С.

1.3 Конструктивный расчет

Задаемся наружным диаметром трубок d_н=12 мм, толщина стенки δ=1 мм, тогда внутренний диаметр d_вн=d_н-2×δ=12-2×1=10 мм, трубы стальные бесшовные по ГОСТ 8733-74, материал Сталь 10 ГОСТ 1050-88*.

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

s=d_н+6=12+6=18 мм.

Задаемся количеством шестиугольников а=5, тогда общее число трубок в аппарате составит:

т=3×a×(a+1)+1=3×5×(5+1)+1=91 шт.

Принимаем число ходов в аппарате z=2, тогда число трубок в одном ходу составит:

 шт.

Уточняем число трубок в аппарате:

т_ут=п×z=46×2=92 шт.

Площадь поперечного сечения одного хода:

 м².

Диаметр по центрам наружного ряда трубок:

                                         мм, где      η_тр=0,85 – коэффициент заполнения площади трубной решетки трубками.

Принимаем для корпуса подогревателя трубу Æ219´6.

Масса одного погонного метра трубы:

m₁=(0,012²-0,01²)^.7800=0,270 кг/м, где      ρ_м=7800 кг/м³ – плотность материала трубок.

1.4 Тепловой расчет

Уравнение теплопередачи имеет вид:

Q=k^.F^.Δt_,

где      Dt - температурный напор Dt, °С,

Dt=°С;

F – площадь поверхности теплообмена, м²;

k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²×К),

k=,

_,  – соответственно коэффициенты теплоотдачи от греющего и нагреваемого                     теплоносителей,  Вт/(м^2.К);

λ_ст=48 Вт/(м×К) – коэффициент теплопроводности материала теплообменной трубки.

Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на вертикальных трубках вычисляется по формуле Михеева:

=0,943^., где      r_к – удельная теплота парообразования, кДж/кг;

L – высота теплообменной трубки, м;

ρ_к – плотность конденсата пара, кг/м³;

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

λ_к – коэффициент теплопроводности конденсата пара, Вт/(м×К);

ν_к – коэффициент кинематической вязкости конденсата пара, м²/с;

t_ст – средняя температура стенки теплообменной трубки, °С.

Задаемся температурой стенки t_ст=115,31 °С.

Проводим проверку применимости формулы Михеева (10⁴<Re<2×10⁶):

Число Рейнольдса:

Re₂=, где      w₂ – скорость воды в трубках, м/с,

w=;

n₂=3,146×10^-7 м²/с – коэффициент кинематической вязкости воды по t_ср2;

ρ₂=966,39 кг/м³ – плотность воды по средней температуре t_ср2.

w₂=м/с.

Re₂=.

Таким образом формула Михеева применима.

Задаемся высотой теплообменных трубок L=0,961 м.

По средней температуре пленки конденсата, равной t_ср.ср=(t_н+t_ср2)/2=(143,51+90)/2=116,76 °С, находим: r_к=2131,35 кДж/кг; ρ_к=946,87 кг/м³; λ_к=0,6847 Вт/(м×К); ν_к=2,685×10^-7 м²/с.

=0,943^. Вт/(м²×К).

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