124178 (689892), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

где Q – тепловой поток (расход передаваемой теплоты), Вт,

K – суммарный коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К),

F - площадь поверхности теплопередачи, м²,

Δt_ср – средняя разность температур горячего и холодного теплоносителя, К.

Суммарный коэффициент теплоотдачи определяется следующим образом:

(2)

Коэффициент теплоотдачи для воды, передаваемой тепло конвекцией, равен:

(3)

где Nu – критерий Нуссельта, характеризующий интенсивность перехода тепла на границе поток – стенка;

λ – коэффициент теплопроводности теплоносителя;

d – диаметр трубки.

Коэффициент Нуссельта для воды (при Re > 10000) найдем из соотношения:

(4)

где Re – критерий Рейнольдса, характеризующий соотношение сил инерции и трения в потоке:

(5)

Pr и Pr_ст – критерий Прандтля, характеризующий отношение вязкостных и температуропроводных свойств теплоносителя и стенки трубопровода.

Коэффициент теплоотдачи для дымовых газов, передаваемых тепло излучением, равен:

(6)

где = 5,67 Вт / м²·К⁴ - коэффициент излучения абсолютно черного тела,

ε’ – степень черноты поверхности теплообменника;

ε_г – степень черноты дымовых газов;

T_г и T_в – средние температуры по Кельвину газов и воды соответственно.

Степень черноты дымовых газов найдем по соотношению [3]:

(7)

где - степени черноты углекислого газа и паров воды соответственно. Эти величины определяются по справочникам с учетом парциального давления газа и средней длины пути луча, который определяется по формуле:

(8)

где d_н и d_в – наружный и внутренний диаметры трубки соответственно;

s₁ и s₂ – шаги размещения трубок поперек и вдоль тока среды соответственно.

Степень черноты поверхности теплообменника равна

(9)

где - степень черноты стенки трубки.

Термическое сопротивление стальной стенки и загрязнений равно:

(10)

где r_загр1 и r_загр2 – тепловая проводимость загрязнений стенок;

δ – толщина стенки;

λ_ст – коэффициент теплопроводности стенки.

Тогда коэффициент теплопередачи будет равен:

(11)

Средняя разность температур Δt_ср определяется следующим образом [2]:

(12)

где Δt_б и Δt_м – большая и меньшая разности температур на концах теплообменника соответственно.

Если отношение , то с достаточной точностью вместо уравнения (12) можно применять следующее уравнение:

(13)

Следует отметить, что из уравнения (12) вытекает: если Δt_б =0 или Δt_м =0, то и Δt_ср =0; если Δt_б = Δt_м, то Δt_ср = Δt_б = Δt_м.

Если температура одного из теплоносителей в процессе теплопередачи не меняется вдоль поверхности (конденсация насыщенного пара, кипение жидкости), то среднюю разность температур Δt_ср также определяют по уравнениям (12) и (13).

Формулы (12) и (13) применимы при условии, что в теплообменнике значение коэффициента теплопередачи К и произведение массового расхода на удельную теплоемкость G·с для каждого из теплоносителей можно считать постоянным вдоль всей поверхности теплообмена.

В тех случаях, когда вдоль поверхности теплообмена значительно меняется величина коэффициента теплопередачи К (или произведение массового расхода на удельную теплоемкость G·с), применение средней логарифмической разности температур [уравнение (12)] становится недопустимым. В этих случаях дифференциальное уравнение теплопередачи решают методом графического интегрирования.

Среднюю температуру воды найдем по формуле:

(14)

где t_{в нач} и t_{в кон} - начальная и конечная температуры воды соответственно.

Среднюю температуру дымовых газов найдем по формуле:

(15)

Средний расход тепла, передаваемого от дымовых газов к воде, найдем по формуле:

(16)

где G_в - весовой расход воды в теплообменнике;

c_в – средняя удельная теплоемкость воды;

t_{в нач} и t_{в кон} - начальная и конечная температуры воды соответственно.

Площадь поверхности теплообмена аппарата находится из соотношения (1):

(17)

Расчетная длина трубок определяется по выражению:

(18)

Из уравнения непрерывности потока:

(19)

легко определяется площадь сечения трубок одного хода:

(20)

где G – весовой расход рабочей среды, кг / с;

w - скорость движения, м / с;

γ – удельный вес среды, кг / м³.

Площадь сечения определяется также соотношением

откуда находим количество трубок одного змеевика

(21)

где d_в – внутренний диаметр трубок.

Если по формуле (17) длина трубок окажется больше, чем 6 – 7 м, то следует принять несколько параллельно работающих змеевиков. Число ходов при этом составит:

(22)

где L – рабочая длина трубок.

Общее количество трубок принятой длины L составит:

(23)

Это количество трубок необходимо разместить в трубной плите и соответственно с принятым размещением определить диаметр корпуса аппарата.

2.3.2 Выбор и размещение трубок в трубных плитах

Выбор размещения трубок в трубных плитах должен производиться с учетом таких требований:

1. достижение максимальной компактности устройства, приводящей к уменьшению диаметров трубных плит и корпуса аппарата, а также к уменьшению сечения межтрубного пространства, что увеличивает скорость движущейся в нем рабочей среды и повышает коэффициент теплопередачи;

2. обеспечение достаточной прочности трубных плит и условий прочного и плотного крепления трубок в плитах;

3. придание конструкции аппарата максимальной «технологичности» в смысле облегчения условий изготовления и ремонта аппарата.

Соблюдение этих важных требований связано с выбором геометрической конфигурации размещения трубок в плитах и шага размещения.

По геометрической конфигурации различают следующие способы размещения трубок:

1. по вершинам правильных многоугольников;

2. по концентрическим окружностям.

Преимущественно распространение на практике получил первый из этих способов, причем здесь в свою очередь различают размещение труб по вершинам равносторонних треугольников (по сторонам правильных шестиугольников) и по вершинам и сторонам квадратов.

Если a – количество трубок, расположенных по стороне наибольшего шестиугольника, то общее количество трубок в пучке b будет равно:

(24)

При этом количество трубок, расположенных по диагонали наибольшего шестиугольника равно

(25)

Объединив соотношения (24) и (25) можно получить:

(26)

В круглых плитах цилиндрических аппаратов при расположении трубок по периметрам правильных шестиугольников часть плит оказывается неиспользованной.

Количество трубок, размещенных дополнительно на указанных сегментах, определяется в зависимости от числа дополнительных рядов на сегменте (параллельных сторонам шестиугольников) и числом труб в каждом из этих рядов. Данные о количестве дополнительных трубок, располагаемых на сегментах трубных плит, приведены в справочной литературе.

2.3.3 Определение внутреннего диаметра корпуса аппарата

Внутренний диаметр корпуса теплообменного аппарата определяется в зависимости от активной площади трубной плиты Ф, заключенной в этом корпусе.

(27)

откуда

(28)

Активная площадь трубной плиты слагается из полезной площади Ф_п, приходящейся на размещенные в плите трубки, и свободной площади Ф_с, не заполненной трубками:

(29)

Полезная площадь трубной плиты прямо пропорциональна числу трубок аппарата:

(30)

где Ф_тр – площадь плиты, необходимая для размещения одной трубки, включая и межтрубное пространство.

Величина площади Ф_тр при размещении трубок по вершинам правильных многоугольников определяется соотношением

(31)

где t – шаг размещения трубок;

α – угол, образуемый центральными линиями трубных рядов.

Нетрудно заключить, что при размещении трубок по вершинам равносторонних треугольников (шахматное расположение) α = 60º и sinα = 0,866; при размещении трубок по вершинам квадратов (коридорное расположение) α = 90º и sinα = 1.

Свободная площадь трубной плиты определяется ее конструктивным оформлением. К ней относятся площадь по периферии трубного пучка, полосы для помещения перегородок в камерах аппаратов. Она составляет приблизительно 10 – 50 % от полезной площади трубной плиты Ф_п.

Таким образом, можно написать:

(32)

или также

(33)

где ψ – коэффициент заполнения трубной плиты.

При размещении трубок по шестиугольникам можно принимать ψ = 0,6 – 0,8.

Подставляя выражение (33) в формулу (28) получим расчетное соотношение для определения внутреннего диаметра корпуса аппарата:

(34)

где ;

d_н – наружный диаметр трубки.

Если принять во внимание, что поверхность теплообмена аппарата

и пренебречь небольшой разницей между значениями расчетного и наружного диаметров трубки d_р и d_н, то получим:

(35)

Окончательно величина диаметра корпуса уточняется при изображении на чертеже размещения трубок и трубной плиты с учетом всех конструктивных особенностей данного аппарата.

2.3.4 Расчет проточной части межтрубного пространства

При движении в межтрубном пространстве однофазной среды исходным соотношением является по аналогии с расчетом трубного пространства уравнение непрерывности потока:

(36)

откуда легко определяется площадь сечения трубок одного хода:

(37)

где G – весовой расход рабочей среды,

w - скорость движения,

γ – удельный вес среды.

Величина площади сечения определяется условиями размещения трубного пучка. При этом можно получить следующее соотношение:

(38)

Если сопоставить эту величину с площадью сечения трубного пространства , то при средних значениях получаем:

В случае поперечного потока среды в межтрубном пространстве полную площадь Ф_св можно отнести к диаметральному продольному сечению, причем здесь

(39)

где L – рабочая длина трубок.

Характеристики

Список файлов курсовой работы