Разработка алгоритма конструкторского и поверочного расчетов сетевого подогревателя вертикального типа с реализацией данных алгоритмов на ЭВМ, страница 4

Nu₂=0,021×Re₂^0,8×Pr₂^0,43×, где      Pr₂=1,937 – число Прандтля  по средней температуре воды t_ср2;

Pr_ст=1,629 – число Прандтля  по температуре стенки t_ст.

Nu₂=0,021×21673^0,8×1,937^0,43×=85,76.

Откуда коэффициент теплоотдачи воды равен:

=Nu₂85,76=5779,66 Вт/(м^2.К), где      λ₂=0,6739 Вт/(м×К)  – коэффициент теплопроводности воды по t_ср2.

 

Тогда коэффициент теплопередачи составит:

k==2571,25 Вт/(м²×К),

Площадь поверхности теплообмена:

F== 3,055 м².

Уточняем высоту трубок:

 м.

Расхождение между заданной и полученной высотой теплообменной трубки составляет DL=0 м, поэтому дальнейшего уточнения не производим.

Плотность теплового потока:

q== Вт/м².

Уточняем температуру стенки:

t_ст1=t_Н-=143,51-=117,97 °С.

t_ст2=t_ср+=90+=112,65 °С.

= t_ст1 + t_ст2=(117,97+112,65)×0,5=115,31 °С.

Расхождение между заданной и полученной температурой стенки Δt_ст=0°С, поэтому дальнейшего уточнения не производим.

Отрезная длина трубок:

L_отр=L+2×0,025=0,961+2×0,025=1,011 м.

Проверка конструктивности аппарата:

1,5…24…6.

.

Условие конструктивности аппарата выполняется.

Масса теплообменной поверхности:

М_П=m₁×L_отр×т_ут= кг.

Металлоемкость аппарата:

М=, где      S=0,02 м  – толщина трубной решетки;

=0,008 м – толщина стенки обечайки.

М=кг.

1.5 Гидравлический расчет

Общие потери давления в аппарате:

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

ΔP_тр=,

ξ – коэффициент трения, вычисляемый для 3000Re100000 по формуле Блазиуса:

ξ==.

ΔP_тр=0,0261 Па.

ΔP_м – потери давления на местные сопротивления, Па,

ΔP_м=Σψ_i , где      Σψ_i=ψ₁ +(ψ₂+ψ₃)×z +(z-1)×ψ₄ +ψ₅ – сумма коэффициентов местных сопртивлений;

ψ₁=ψ₅=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 180°.

Σψ_i=1,5 +(0,5+1)×2 +(2-1)×2,5 +1,5=8,5.

ΔP_м= Па.

ΔP=1184,47+1909,51=3093,97 Па.

Затраты мощности на перекачку теплоносителя:

N_э=  Вт.

где      η_н=0,8 – КПД насоса для перекачки нагреваемой воды;

η_э=0,97 – электрический КПД насоса.

1.6 Расчет капитальных затрат и эксплуатационных издержек

Примем стоимость одного килограмма металла (труб) С=100 руб./кг, тогда капитальные затраты на аппарат составят:

К= руб.

Для расчета эксплуатационных затрат примем, что срок службы аппарата – 6 лет, в году аппарат работает 320 дней по 24 часа, тогда полное время работы аппарата за срок службы составит:

ч.

Примем тариф за 1 кВт×ч электроэнергии С_{1 кВт×ч}=1,70 руб., тогда эксплуатационные издержки составят:

И_э=(С_{1 кВт×ч}/1000)×N_э×t=(1,70/1000)×9,822×46080=769 руб.

Суммарные затраты:

З=К+И_э=5848+769=6618 руб.

Аналогично рассматриваем другие конструкции теплообменных аппаратов с другим типоразмером труб, общим количеством труб, числом ходов. Результаты конструкторского и гидравлического расчетов данных аппаратов сведены в таблицу 1.1.

По результатам таблицы 1.1 в качестве оптимального выбираем теплообменный аппарат №1, так как он является наиболее дешевым по суммарным затратам на производство аппарата и эксплуатацию по сравнению с остальными рассматриваемыми аппаратами (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 Сравнение суммарных затрат на производство и эксплуатацию аппаратов

Таблица 1.1 Конструкторский и гидравлический расчеты теплообменных аппаратов