Практическая работа №1

Теплообменники

Необходимо произвести тепловой и конструктивный расчет отопительного пароводяного подогревателя горизонтального типа и секционного водоводяного подогревателя производительностью Q = 1,2∙10⁶ ккал/ч. Температура нагреваемой воды при входе в подогреватель t₂’ = 65°С и при выходе t₂’’ = 95°С. Температура сетевой воды при входе в водоводяной подогреватель t₁’ = 140°C и при выходе t₁’’ = 80°C. Влияние загрязнения поверхности нагрева подогревателя и снижение коэффициента теплопередачи при низких температурах воды учесть понижающим коэффициентом =0,65.

Таблица 1

Исходные данные

Для расчета отопительного пароводяного подогревателя приняты следующие дополнительные данные:

• давление сухого насыщенного водяного пара р = 4 ат (t_н = 143,62°С), см. Таблицу вода-водяной пар на линии насыщения;

• температура конденсата, выходящего из подогревателя, t_к = t_н;

• число ходов воды z = 2;

• поверхность нагрева выполнена из латунных труб ( = 90ккал/м·ч·град) диаметром d = 14/16мм.

Загрязнение поверхности учесть дополнительным тепловым сопротивлением _з/_з = 0,00015м²·ч·град/ккал.

В обоих вариантах скорость воды w_т (в трубках) принять по возможности близкой к 0,9 м/сек.

Для упрощения расчета принять _в = 1000 кг/м³.

На основе расчетов выбрать аппараты, выпускаемые серийно, и сделать сопоставление полученных результатов.

Для расчетов необходимо:

1. Рабинович О. М. Сборник задач по технической термодинамике. – М.: Машиностроение, 1973. – 344 с. (Таблица Насыщенный водяной пар (по давлениям))

2. Таблица зависимости кинематической вязкости воды от температуры

Пример расчета пароводяного подогревателя

Исходные данные: температура нагреваемой воды при входе в подогреватель t₂’ = 65°С, мощность Q = 1,2 ·10⁶ ккал/ч.

Расчет: Определим расход воды:

(кг/ч)

или V = 40 м³/ч.

Число трубок в одном ходе:

(шт.)

где d_в – внутренний диаметр теплообменных труб (из дополнительных данных).

Общее число трубок в корпусе:

(шт.)

Рисунок 1 – Размещение трубок в трубной решетке трубчатого подогревателя:

а – по вершинам равносторонних треугольников;

б – по концентрическим окружностям.

Принимая шаг трубок s = 25мм, угол между осями трубной системы = 60° и коэффициент использования трубной решетки = 0,7, определим диаметр корпуса:

(м) = 378 (м)

Определим также диаметр корпуса по Таблице 1.7 Приложения 1 и Рисунку 1 при ромбическом размещении трубок.

Для числа трубок n = 144 находим в Таблице 1.7 значение D’/s = 14 и, следовательно, D’ = 14·25 = 350(мм).

Диаметр корпуса составит:

D = D’+d_н+2k=350+16+2·20=406 (мм).

Приведенное число трубок в вертикальном ряду:

(шт.)

Определим коэффициент теплоотдачи _п от пара к стенке:

Температурный напор:

(°С)

Средние температуры воды и стенки:

(°С)

(°С)

Режим течения пленки конденсата определяем по приведенной длине трубки (критерий Григулля) для горизонтального подогревателя, равной:

,

где т – приведенное число трубок в вертикальном ряду, шт.;

d_н – наружный диаметр трубок, м;

А₁ – температурный множитель, значение которого выбирается по Таблице 2:

(1/(м·град))

(°С)

Таблица 2

Значения температурных множителей в формулах для определения коэффициентов теплоотдачи

При t_н = 143,62°С имеем A₁=98,71 (1/(м·град), тогда L = 12·0,016·30,62·98,71 = 580,32 , т. е. меньше величины L_кр = 3900 (для горизонтальных труб), следовательно, режим течения пленки ламинарный.

Для этого режима коэффициент теплоотдачи от пара к стенке на горизонтальных трубках может быть определен по преобразованной формуле Д.А. Лабунцова:

При t_н = 143,62°С по Таблице 2 находим множитель A₂ = 8248,96, тогда: