151717 (Расчет теплообменных аппаратов), страница 2

Выбираем подогреватель по МВН-2050-29(рис. 1-25. Согласно таблице 1-24а он имеет: наружный диаметр корпуса 168 мм и внутренний - 158 мм, число стальных трубок (размером 16х14 мм (т.е. dH=16 мм dB=14)) n =37 шт., площадь проходного сечения трубок fт =0,00507м2, площадь проходного сечения межтрубного пространства fмт =0,0122 м2.

Скорость воды в трубках и в межтрубном пространстве:

=6,7/(3600*0.00507)=0.37 м/с.

=16/(3600*0.0122)=0.37 м/с.

Эквивалентный диаметр для межтрубного пространства

=

Средняя температура воды в трубках и между трубками:

При этой температуре температурный множитель, необходимый для дальнейших расчетов (по таблице 1-1 A5T 2960);

(А5МТ 2650).

Режим течения воды в трубках (при t1 = 110 0C, T = 0,357*10-6 м2/с) и межтрубном пространстве (при t = 82,50C, МТ = 0,271*10-6 м2/с) турбулентный, так как

=

=

Коэффициенты теплоотдачи (для турбулентного режима течения воды)

Расчетный коэффициент теплопередачи (коэффициент теплопроводности стали =39 ккал/м ч град) определяем по формуле для плоской стенки, так как ее толщина меньше 2,5 мм:

Температурный напор:

0C

Поверхность нагрева подогревателя:

= ,

Длина хода по трубкам при среднем диаметре трубок d= 0,5(dH+dB); d= 0,5∙(0,016+0,014) =0,015 м

=

Число секций (при длине одной секции lТ= 2 м)

Z=LT / lT =11,6 / 2 = 5,8секций; принимаем 6 секций.

Уточненная поверхность нагрева подогревателя согласно технической характеристике выбранного нами аппарата составит: F/ = 3,38 (табл. 1-24б)

F=F/ ∙Z=3,38*6 20,28 м2.

Действительная длина хода воды в трубках и межтрубном пространстве LT=2*6=12м; LMT=3,5*6=21м (при подсчете LMT расстояние между патрубками входа и выхода сетевой воды, равное 3,5 м, выбрано из конструктивных соображений).

Определяем гидравлические потери в подогревателе. Коэффициенты гидравлического трения для трубок и межтрубного пространства определяем по формуле Альтшуля.

k – коэффициент абсолютной шероховатости. Для бесшовных стальных труб изготовления высшего качества k =0,06÷0,3 мм. Выбираем k=0,3*10-3 мм:

;

- эквивалентный диаметр для межтрубного пространства.

Коэффициенты местных сопротивлений для потока воды в трубках, принимаем по таб.1-4.

Суммарный коэффициент местных сопротивлений для потока воды в межтрубном пространстве определяется из выражения.

Отношение сечений входного и выходного патрубка

fмт/fпатр = 1.

=20,5*1*6=123.

Потери давления в подогревателе с учетом дополнительных потерь Хст от шероховатости (для загрязненных стальных труб по табл. 1-3 принимаем Хст =1,51):

= ;3973 Па.

Потери в межтрубном пространстве подсчитываются по аналогичной формуле, но лишь в том случае, когда сумма значений коэффициентов местных сопротивлений мт определена по указанной выше формуле, в противном случае расчет потерь pмт значительно усложняется.

Итак,

=

3. Расчетные данные пароводяного и секционного водоводяного теплообменников

Вывод

Сравнение показывает, что для данных условий пароводяной теплообменник имеет те преимущества, что он более компактен и гидравлическое сопротивление его меньше.

4. Учебно-исследовательский раздел

1. Какой вид теплопередачи протекает в т.о. аппаратах.

Конвекция - явление переноса теплоты в слоях жидкостях или газах при их перемешивании. Различают свободную и вынужденную конвекцию.

В нашем случае, конвекция является вынужденной.

Вынужденная конвекция - перемешивание жидкости происходит с помощью каких-либо внешних устройств.

2.Есть или нет фазовый переход.

Фазовый переход - переход вещества из одной термодинамической фазы в другую при изменении внешних условий (температура, давление)

Так как предпочтительный т.о. аппарат у нас пароводяной, то фазовый переход есть.

3.Режим течения жидкости.

Различают ламинарный и турбулентный режимы течения жидкости. В нашем случае, это турбулентный режим т.к Re>2300.

4. Стенка внутри и снаружи: прямая, гладкая.

Уравнения для расчета:

- ур-е теплоотдачи.

- ур-е теплопроводности через плоскую стенку

- ур-е теплопередачи через плоскую стенку

- коэффициент теплопередачи.

;

Согласно исходным данным:

F= 2,58м2 - поверхностью нагрева;

∆t = 59,50С - температурный напор;

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

Строим график зависимости :

5. Подбор критериальных уравнений для имеющих место случаев теплообмена т.о. аппаратах. Определение коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи

Критерий Нуссельта (безразмерный коэффициент теплоотдачи), характеризует теплообмен между поверхностью стенки и жидкостью (газом).

;

d - диаметр;

α- коэф. конвективной теплоотдачи, Вт/(м2*K).

Критерий Прандтля (критерий физических свойств жидкости) –характеризует физические свойства жидкости и способность распространения теплоты в жидкости. Для газов Pr=0,6 – 1,0 и зависит только от атомности, жидкости Pr = 1-2500, для жидких металлов Pr=0,005-0,05.

;

v – коэффициент кинематической вязкости среды.

При вынужденной конвекции и турбулентном режиме течения жидкости.

Пароводяной т.о. аппарат:

1. внутри трубок:

;

;

По справочнику "справочник по теплопередачи" (стр.268 табл.XXXIX. [2]) выбираем число при соответствующих температурах.

Prст =1,55 при tст=113˚C ;

;

1. снаружи трубок:

,

при tст = 113

;

Найдем α.

Водоводяной т.о. аппарат:

1. внутри трубок

;

По справочнику "справочник по теплопередачи" выбираем число при соответствующих температурах.

,

2. снаружи трубок

,

;

Найдем α.

;

Результаты расчетов:

Список литературы

1. Лебедев П.Д., Щукин А.А. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий. (Курсовое проектирование). / Учеб. пособие для энергетических вузов и факультетов. – М.: Энергия, 1970 – 408 с.;

2. Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. – М.: Госэнергоиздат, 1958 – 418 с.