Циркуляционные насосы 2 страница

.

Для расчета коэффициентов теплоотдачи необходимо знать средние температуры теплоносителей. Они неизвестны, поэтому задаемся конечной температурой нагреваемой воды °С.

Тогда конечная температура сетевой воды, согласно уравнению теплового баланса

,

где кДж/(кг·К) – теплоемкость воды, а – коэффициент, учитывающий наличие потерь теплоты в окружающую среду, будет равна, °С:

.

Так как , среднюю температуру сетевой воды принимаем равной среднеарифметической, °С:

.

Средняя температура нагреваемой воды, °С:

.

Коэффициент теплоотдачи от сетевой воды к стенке при

,

получается, Вт/(м²·К):

.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой воде при

получается, Вт/(м²·К):

.

Коэффициент теплопередачи с учетом поправочного коэффициента на загрязнение поверхности отложениями (вместо поправочного коэффициента можно было бы учесть влияние загрязнений с помощью их термических сопротивлений и , т.е. так же, как в примере 1.1.)

Эффективность при .

.

Тепловая мощность теплообменника, кВт:

.

Температура сетевой воды на выходе из аппарата, °С:

.

Проверяем среднюю температуру греющего носителя, °С:

.

Отличие полученного значения от ранее принятого не превышает 2 %:

%,

поэтому уточнять ранее выполненные расчеты нет необходимости.

Температура нагреваемой воды на выходе из аппарата, °С:

.

Пример 1.3. Как изменяется тепловая мощность и конечные температуры теплоносителей в теплообменнике «жидкость-жидкость» из примера расчета 1.1, если размеры его поверхности нагрева сократить в два раза путем соответствующего уменьшения длины труб?

Исходные данные для расчета: кг/ч; м²; кг/ч; °С; кДж/(кг·К); кДж/(кг·К); °С; число ходов в трубном пространстве , в межтрубном – более четырех.

В первом приближении принимаем, что коэффициент теплопередачи остается прежним, т.е. Вт/(м²·К).

Согласно данным (см. прил. 10) для выбранной схемы течения, являющейся комбинацией двух поперечно-противоточных и двух поперечно-прямоточных схем с большим числом перегородок, принимаем характеристику схемы тока равной . Тогда эффективность теплообменника по нагреваемому потоку может быть рассчитана по формуле:

,

где

;
;
.

Тепловая мощность, кВт:

.

Таким образом, мощность уменьшилась в

.

Конечные температуры теплоносителей, °С:

;
.

Проверка принятого в расчете значения коэффициента теплопередачи.

Средние температуры теплоносителей, °С:

;

.

Теплофизические свойства конденсата при °С:

кг/м³; кДж/(кг·К); Вт/(м·К); ;

м²/с.

Коэффициент теплоотдачи при

получается, Вт/(м²·К):

.

Теплофизические свойства конденсата при °С:

кг/м³; кДж/(кг·К); Вт/(м·К); ;

м²/с.

Коэффициент теплоотдачи при

получается, Вт/(м²·К):

.

Коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К):

.

Отличие от ранее принятого значения коэффициента теплопередачи:

%,

поэтому расчет можно считать законченным.

Пример 1.4. Выполнить проверку теплового расчета пароводяного подогревателя для условий примера 2.2 из [8] с использованием метода эффективности.

Исходные данные для расчета: м²; м²; кг/с; °С; кг/с; °С (пар насыщенный , переохлаждение отсутствует), схема движения теплоносителей – комбинация прямоточно-противоточной и противоточно-прямоточной (). Теплообменник вертикальный. Пар конденсируется на вертикальных трубах, вода проходит внутри труб, число ходов в трубном пространстве . Коэффициент теплопередачи Вт/(м²·К).

Решение. Число единиц переноса:

;
;
.

Тепловая мощность, Вт:

.

Конечные температуры теплоносителей, °С:

.

Полученные значения тепловой мощности и конечной температуры воды практически совпадают со значениями, заданными в примере 2.2 из [8].

Пример 1.5. Спроектировать аппарат для охлаждения керосина атмосферным воздухом. Исходные данные: расход керосина кг/ч; его температуры на входе °С и на выходе из аппарата °С, давление 0,1 МПа. Температура воздуха до аппарата °С, за аппаратом °С.

Для решения поставленной задачи выбираем аппарат воздушного охлаждения (АВО) с поверхностью охлаждения из биметаллических труб с накатными ребрами из дюралюминия (АДIМ) со стальной несущей трубой (Ст. 10) мм и осевым вентилятором. Геометрические размеры труб: наружный диаметр неоребренной части трубы мм; наружный диаметр оребрения мм; высота ребра мм; мм; мм; мм – его толщины: средняя, у основания и вершины; мм – шаг оребрения. Активная длина оребренных труб мм. Размещение труб в пучке шахматное с поперечным и продольными шагами мм; мм. Диагональный шаг мм. Секции шестиходовые (по потоку керосина) с количеством труб в ходах: и т.д., всего 141 труба в секции. Количество продольных рядов труб ; количество поперечных рядов труб . Количество секций .

Теплофизические свойства керосина при средней температуре, °С:

.

кДж/(кг·К); кг/м³; Вт/(м·К); ;

м²/с.

Теплофизические свойства воздуха (см. прил. 5) при средней температуре, °С:

и давлении 760 мм рт. ст.:

кДж/(кг·К); кг/м³; Вт/(м·К);

м²/с.

При нормальных условиях ( °С, мм рт. ст.):

кг/м³; м²/с.

Скорость керосина в трубах при последовательном включении секций, м/с:

.

Полученное значение скорости лежит в допустимых пределах (0,5–3,0 м/с).

Фронтальное сечение секции по воздуху с учетом поджатия потока боковыми стенками корпуса (учитывается введением поправочного коэффициента 0,978), м²:

.

Расход воздуха через аппарат, м/с:

.

Коэффициент загромождения сечения оребренными трубами:

.

Скорость воздуха в узком сечении, м/с:

.

Полученное значение скорости соответствует допустимым значениям (3–15 м/с).

Требуемая тепловая мощность аппарата, кВт:

.

Средний температурный напор, °С:

,

где при

;
.

Геометрические характеристики оребренной поверхности:

число ребер на 1 м длины трубы:

;

площадь поверхности торцов ребер на 1 м длины трубы, м²/м:

;

площадь боковой поверхности ребер на 1 м длины трубы, м²/м:

;

площадь поверхности ребер на 1 м длины трубы, м²/м:

;

площадь межреберных участков поверхности трубы на 1 м её длины, м²/м:

;

полная наружная поверхность оребренной трубы на 1 м её длины, м²/м:

;

характерная длина ребристой трубы в поперечном потоке воздуха, мм:

;

коэффициент оребрения:

;

коэффициент теплоотдачи керосина при числе Рейнольдса

получается, Вт/(м²·К):

.
,

где при и – число Прандтля керосина при температуре стенки на внутренней поверхности трубы, которую в первом приближении примем равной, °С,

.

Конвективный коэффициент теплоотдачи воздуха (нужно рассчитать по формуле из приложения 12 и сравнить с результатом, полученным по использованной здесь формуле) при

получается, Вт/(м²·К):

.
.

Эффективность ребер при

;
;
.

Выбираем по номограмме (рис. 2.22. [8]) .

Коэффициент неравномерности теплоотдачи по высоте ребра:

.

Приведенный коэффициент теплоотдачи воздуха, Вт/(м²·К):

.

Коэффициент теплопередачи, отнесенный к наружной площади поверхности оребренной трубы, Вт/(м²·К):

.
,

где ; ; и – толщины стальной трубы и алюминиевой оболочки у основания ребер; – площадь поверхности в зоне контакта двух металлов ; мм; – контактное термическое сопротивление. (м²·К/Вт).

Расчетная площадь поверхности теплообмена, м²:

.

Установленная площадь поверхности при длине труб 4 м, количество секций и количество труб в секции , м²:

.

Коэффициент запаса поверхности:

.

Уточнение температуры внутренней поверхности труб, °С:

.

Отличие полученного значения от ранее принятого равно 1,3 °С, поэтому уточнять расчет нет необходимости. Рекомендуемый коэффициент запаса поверхности теплообменника 1,15–1,25, поэтому вместо шестирядных секций попробуем использовать четырехрядные.

В этом случае установленная площадь поверхности, м²:

.

Коэффициент теплоотдачи керосина увеличится (вследствие роста скорости керосина в раза) в раза.

Коэффициент теплопередачи составит, Вт/(м²·К):

.

Тогда расчетная площадь поверхности теплообмена составит, м²:

.

Коэффициент запаса поверхности:

.

Уточнение температуры внутренней поверхности труб, °С:

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: