1 (1176233), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Вычислить температуру стенки можно, предварительно определив величины коэффициентов теплоотдачи, которые по условию не заданы.Поэтому поставленную задачу решают методом последовательных приближений, задаваясь значением температуры стенки.Если условные эквиваленты W1 и W2 одного порядка, что имеет место вслучае водоводяных теплообменников (где W  G  c p ), то можно задатьсясрtст (t1  t 2 ) / 2, где t1 и t2 - средние температуры теплоносителей. Для парово-23дяных теплообменников t cр  tн  tср / 2 , где tн - температура насыщения, t срст- средний температурный напор между теплоносителями. Затем находят коэффициенты теплоотдачи по критериальным уравнениям и по ним – температурыстенок со стороны первичного теплоносителя t СТ1 и со стороны вторичного теплоносителя t СТ1 по равенствам:qδаt ст 2  t ст1  q , где  q  k  Δtср  1 t1  t ст .1λt tсрСредняя температура стенки равнаt ст ст1 ст 2 .2tст1  t1 срЕсли получилось значение t ст, близкое к заданному (разница не должнапревышать 3 градуса), то расчет температуры стенки считают законченным.

Впротивном случае расчет повторяют до получения допустимой разницы температур.5. Гидродинамический расчет теплообменникаЦель этого расчета теплообменника состоит в определении затрат механической энергии на перемещение теплоносителей в аппарате. При гидравлическом расчете теплообменника необходимо учитывать сопротивление трения,местные сопротивления и тепловое сопротивление.Последнее сопротивление обусловлено ускорением потока вследствие изменения объема теплоносителя при постоянном сечении канала, что связано сизменением температуры. Для капельных жидкостей этим сопротивлениемможно пренебречь.Сопротивление трения при движении теплоносителя в каналах определяется по формуле:l  2,(5.1)d 2где: l и d– длина и гидравлический диаметр канала;  – коэффициент сопротивPт  ления трения.24При неизотермическом течении жидкости величина коэффициента  зависит не только от критерия Re , но и от критериев Gr и Pr.

Так, при турбулент1ном режиме течения имеем:0,3164  Pr  3  0,25  ст  .Re ж  Prж (5.2)Местные сопротивления определяют по формуле: Pm   2,2(5.3)в которой коэффициент  зависит от вида местного сопротивления (внезапноесужение, поворот и т. п.) [4]. При продольном омывании пучков труб вдоль осисопротивление подсчитывается по формулам для прямых каналов, где в формулы подставляется эквивалентный гидравлический диаметр dэкв4f. При поuперечном омывании пучков значение коэффициента сопротивления определяется формулами:для шахматных пучков приx1 x2 ,   (4  6,6m) Re ж0,28dd(5.4)для шахматных пучков приx1 x2 ,   (5,4  3,4m) Re ж0,28dd(5.5)для коридорных пучков x  (6  9m) 1 d 0,23Re ж0,26(5.6)В этих формулах скорость отнесена к самому узкому сечению пучка, физические свойства – к средней температуре потока; m – число рядов в пучке в направлении движения.Тепловое сопротивление можно подсчитать как удвоенную разность скоростных напоров в конце и в начале канала:  2  2 Pтепл  2 2 2  1 1 ,2  2(5.7)где  – плотность, кг/м 3 ; υ – средняя скорость течения, м/сек.Общее сопротивление каждого теплоносителя определяется как сумма всехвидов сопротивления в элементах теплообменника:Р   Pm   Pм   Pтепл .(5.8)25Мощность, необходимая для перемещения каждого теплоносителя в теплообменнике, определяется формулой:NPG, кВт1000 (5.9)где: G и  – массовый расход и средняя плотность теплоносителя;  – к.п.д.устройства (насоса) для перемещения теплоносителя   0,4...0,6.Примеры расчетовПример 1Определить величину поверхности теплообмена, число секций и мощность, необходимую для перемещения каждого теплоносителя водоводяноготеплообменника типа «труба в трубе».

Греющая вода движется по внутреннейстальной трубе (коэффициент теплопроводности ее ст  50 Вт/(м  гр)) диметром d 2 d1  38 34 мм и имеет температуру на входе t ́ 1 = 105оС, а на выходеt˝ 1 = 60оС. Нагреваемая вода движется противопотоком по кольцевому каналумежду трубами и нагревается от t ́ 2 =20оС до t ˝ 2 =50оС. Количество передаваемой теплоты Q  105 кВт. Диаметр внешней трубы D2 / D1  57 / 51 мм. Диаметродной секции принять l  2,0 м.

Потери теплоты через внешнюю поверхностьтеплообменника не учитывать.Тепловой расчетНаходим среднеарифметические значения температур первичного и вторичного теплоносителей и значение физических свойств воды при этих температурах.t1 t '1  t"1 105  60 82,50 C22При t1  82,50 C из [9] находим:  ж1  970,25 кг/м 3 ;  ж1  0,357  10 6 м 2 /с ; ж1  0,67 Вт/м 0 С ;Рrж1  1,96 ; С p1  4, 20кДж/(кг 0 С) ; t 2 t ' 2 t"2 20  50 35 0 C22При t ' 2  35 0 C из [9] находим:  ж 2  993,95кг/м 3 ;  ж 2  0,732  10 6 м 2 /с ;26 ж 2  0,6265Вт/м 0 С ;Рrж 2  4,865 ; С р 2  4,174кДж/(кг 0 С)Определяем расходы первичного вторичного теплоносителей:Q  G1  C p1  (t '1 t"1 )  G2  C p1  (t"2 t '2 )G1 Q105 0,55кг/с ,C p1  (t '1 t"1 ) 4,20  (105  60)G2 Q105 0,838кг/сC p 2  (t 2  t 2 ) 4,174  (50  20)Скорость движения первичного теплоносителя1 4  G11    d 124  0,55 0,624м/с970, 25  3,14  (3,4  10 2 ) 2Скорость движения вторичного теплоносителя2 4  G222 2    ( D1  d 2 )4  0,838 0,742м/с993,95  3,14  (5,12  3, 4 2 )  10 4Определяем число Рейнольдса для первичного теплоносителя0,624  3,4  10 2Rе ж  5,94  10 4610,357  10Режим течения турбулентный, следовательно, расчет числа Нуссельта ведем поформуле:0, 25 Рrж 0, 60, 43 1 Nu  0,021  Rе ж Рrж1Рr 1 cт1 Температура стенки неизвестна, поэтому задаемся ее значением:t ст1 t1  t 2 82,5  35 58,75 0 C ; при tcт1  58,750 C22Рr  3,05Определяем число Нуссельта0, 25 1,96 Nu  0,021  (5,94  10 )  1,96 165,53 3,05 Находим коэффициент теплоотдачи от первичного теплоносителя к стенке трубы4 0, 8 1  Nu 0, 43 ж10,67 165,53  3261,95Вт/м 2 0 С2d13,4  10Определяем число Рейнольдса для вторичного теплоносителя27Rе ж 22  d эж2где dэ - эквивалентный диаметр.

Для кольцевого каналаd э  D1  d 2  51  38  13мм; Rе ж 20,742  1,3  1020,732  106 1,32  10 4Режим течения турбулентный, поэтому расчет числа Нуссельта ведем по формуле для теплоотдачи при турбулентном течении в каналах кольцевого сечения:0, 25 Рr 0,18ж2  D1 0,80, 4 Nu 2  0,017  Rе ж Рrж  22Рr d2  ст 2 Принимаем в первом приближении tст2  tст1 и, следовательно,Рrст  Рrст  3,05 получим:214 0,8Nu 2  0,017  (1,32  10 ) (4,865)0, 4 4,865  3,05 0, 25 51   38 0,18 75,01Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы ко вторичному теплоносителю равенж20,6265 75,01  3618,2Вт/м 2 0 С2dэ1,3  10Поскольку отношение диаметров d2 / d1  2 , определяем коэффициент теплопе 2  Nu 2 редачи по уравнению для плоской стенки:Кгде  11 1602,7Вт/м 2 0 С31 112  101  1   2 3261,95503618,2d 2  d1 2  10 32Находим средний температурный напор.

Для этого определим величины условных эквивалентов W1 и W2 :t '1 t"1 W2t"2 t '2 W1105  60 4550  20 30W2  W128Схема распределения температур теплоносителей по длине теплообменникаимеет вид:t ́1=105ºCt ˝1=60ºCt ˝2=50ºCt́ 2=20ºClРис.5Среднелогарифмический температурный напор:tср tб  t м (t '1 t"2 )  (t"1 t '2 ) (105  50)  (60  20) 47 0C tбt '1 t"2105  50ln ln ln t мt"1 t '260  20Определяем плотность теплового потока:q  K  t ср  1602,7  47  7,55  10 4 Вт/м 2 ; F Q  10 3 105  10 3 1,39м 24q7,55  10Число секций:n [F1,39] []  6,5  7  d1  l3,14  3,4  10 2  2где d1 - диаметр поверхности с минимальным коэффициентом теплоотдачи.Полученное число n округляем до большего целого числа.

Уточняем температуры поверхностей стенок трубы:tст  t1 1q7,55  10 4 82,5  59,30 С13261,95q7,55  10 4t ст  t 2  35  55,80 C23618,22При этих температурах числа ПрандтляPrcn  3,02 и Prст  3,3412Поправки на изменение физических свойств жидкости по сечению потока рав-29ны: Рrж1 Prст10, 25 1,96  3,02 0, 25 0,898(в расчете принято 0,895)0, 250, 25 Рrж  4,865 2  1,1(в расчете принято 1,12) Prст 3,342 Полученные значения менее чем на 10% отличаются от принятых в расчете.Перерасчет не требуется.Если полученные значения отличаются более чем на 10% от принятых, требуется повторить перерасчет Nuж1 и N uж 2 .Определяем диаметр патрубков для вторичного теплоносителя:d в  1,125 G20,836 1,125  0,0319м 2 2993,95  0,742Полученное значение диаметра патрубка округляем до ближайшего стандартного по ГОСТ для труб.Гидродинамический расчетОпределяем гидравлические сопротивления для первичного теплоносителя:Полная длина трубки одного хода первичного теплоносителяl n  l  2   тр  2  2  0,04  2,08м ,где  тр  0,04м - предварительная толщина трубной доски (уточняется при расчете на прочность).Сопротивление трения [4]:2Рт1  1 l n  ж1  1nd12коэффициент сопротивления трения:0,330,33 Рrст 0,3164 3,05 1 1  0,023(5,94  10 4 ) 0,25  1,96 Rе ж 0,25  Рrж1 1Потери давления на трение при движении воды по трубкам всех секций:0,31642Рт1  1 l n  ж1  10,023  2,08  970, 25  (0,624) 2n  7  1901Паd123,4  10 2  230Потери давления в местных сопротивлениях: Р м1   м 1  ж1 122Величина коэффициента местного сопротивления  м1 зависит от вида местногосопротивления [1, 3] (прил.

Характеристики

Список файлов ВКР