10354
.pdf– для турбулентного режима течения:
|
|
|
0,032Re0,8 |
(4.25) |
Nu |
l,ж |
|||
|
|
l,ж |
|
Эти формулы применимы для условий, когда температура пластины постоянна, т.е. не изменяется по длине. В качестве определяющей температуры выбирают температуру набегающего потока, а определяющего размера – длину
пластины.
Теплоотдача при пленочной конденсации пара на горизонтальной трубе
(скорость перемещения пара не белее 10 м/сек).
Средний коэффициент теплоотдачи по длине труб при горизонтальном их
расположении в этом случае определяется по формуле [6]:
|
|
|
|
|
|
0,25 |
|
Pr |
0,25 |
|
Nu |
|
0,72 Ga |
|
Pr k |
|
|
|
ж |
|
(4.26) |
ж |
ж |
ж |
|
|||||||
|
|
ж |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Prст |
|
где: Ga |
|
|
gd 3 |
– критерий Галлилея; |
k |
|
|
r |
|
– критерий Кутателадзе, |
ж |
2 |
ж |
c T |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
g |
– ускорение силы тяжести, |
м/сек2; |
d – определяющий размер, м; |
– коэффициент кинематической вязкости пара, м2/сек; r – скрытая удельная теплота парообразования, дж/кг; с – удельная теплоемкость пара, дж/(кг оС) ;T =Тн – Тст – температурный напор между паром и стенкой, оС;
Тн – температура насыщения, оС; Тст – температура стенки, оС.
Если влияние члена, учитывающего изменение физических параметров от
температуры, невелико, то его можно принять |
Prж |
1. |
|
||
|
Prст |
Вкачестве определяющего размера принимается наружный диаметр труб,
ав качестве определяющей температуры принимается температура насыщения.
При конденсации пара на горизонтальном пучке труб теплоотдача нижележащих труб заметно понижается вследствие дополнительного увеличения толщины стекающей пленки конденсата от притока его с верхних труб. В этом случае коэффициент теплоотдачи каждого нижеследующего ряда по сравнению с трубками первого ряда находится по соотношению ап п = 1;
где коэффициент п ориентировочно можно определить по графику, [4].
Средний коэффициент теплоотдачи для пучка труб равен
21
пучка |
n |
|
i |
(4.27) |
|
|
n i 1 |
|
|
|
|
Для коридорного пучка труб п равно числу рядов труб, для шахматного пучка п равно половине числа труб.
При решении критериальных уравнений (4.11) и (4.12) необходимо знать
среднюю температуру стенки. Вычислить температуру стенки можно, предва-
рительно определив величины коэффициентов теплоотдачи, которые по усло-
вию не заданы. Поэтому поставленную задачу решают методом последователь-
ных приближений, задаваясь значением температуры стенки.
Если условные эквиваленты W1 и W2 одного порядка, что имеет место в случае водоводяных теплообменников (где W = G ∙ ср), то можно задаться
tср (t |
t ) / 2 |
, где t1 |
,t2 |
средние температуры теплоносителей. Для пароводяных |
||||||||||
ст |
1 |
2 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
теплообменников |
t ср |
t |
|
t |
|
/ 2 |
, где |
tн – температура насыщения, |
tср – |
|||||
|
ст |
|
н |
|
ср |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
средний температурный напор между теплоносителями. Затем находят коэф-
фициенты теплоотдачи по критериальным уравнениям и по ним – температуры стенок со стороны первичного теплоносителя tст1 и со стороны вторичного те-
плоносителя tст2 по равенствам:
t |
|
t |
q |
at |
|
t |
|
q |
|
, |
|
|
|
|
ст1 |
|
ст2 |
ст1 |
|
|
|
||||||||
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где q k tср |
1 |
t1 tст |
. |
tстср |
tст1 |
tст2 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 . |
||
Средняя температура стенки равна |
Если получилось значение tстср , близкое к заданному (разница не должна превышать 3 градуса), то расчет температуры стенки считают законченным. В
противном случае расчет повторяют до получения допустимой разницы темпе-
ратур.
5. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННИКА Цель этого расчета теплообменника состоит в определении затрат
22
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 из-
менения объема теплоносителя при постоянном сечении канала, что связано с изменением температуры. Для капельных жидкостей этим сопротивлением можно пренебречь.
Сопротивление трения при движении теплоносителя в каналах определяется по формуле:
P |
l |
v |
2 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
, |
|
(5.1) |
||||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
т |
|
d |
2 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где l и d – длина и гидравлический диаметр канала; |
– коэффициент |
|||||||||||
сопротивления трения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При неизотермическом течении жидкости величина коэффициента |
|
|||||||||||
зависит не только от критерия Rе, но и от критериев |
Gr и Рr. Так, |
при |
||||||||||
турбулентном режиме течения имеем: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
0,3164 |
|
Pr |
1/ 3 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ж |
|
. |
(5.2) |
|
|
|
0,25 |
|
|
|
|
||||||
|
|
Re |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
ж |
|
|
Prст |
|
|
|
||||
Местные сопротивления определяют по формуле: |
|
|
||||||||||
|
P |
v |
2 |
|
|
(5.3) |
||||||
|
|
|
, |
|
|
|||||||
|
|
m |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в которой коэффициент зависит от вида местного сопротивления (внезапное сужение, поворот и т. п.) [4]. При продольном омывании пучков труб вдоль оси
сопротивление подсчитывается по формулам для прямых каналов, где в
формулы подставляется эквивалентный гидравлический диаметр dэкв 4uf .
При поперечном омывании пучков значение коэффициента сопротивления определяется формулами:
|
x1 x2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
для шахматных пучков, при |
d < d , (4 6,6m) Re 0,28 |
(5.4) |
|||
|
|
|
|
ж |
|
|
23 |
|
|
|
x1 x2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
для шахматных пучков, при |
d > d , (5,4 3,4m) Re 0,28 |
(5.5) |
|||
|
|
|
|
ж |
|
для коридорных пучков (6 9m) Re 0,26 |
(5.6) |
||||
|
|
|
|
ж |
|
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:
P |
|
|
|
v2 |
|
v2 |
|
(5.7) |
2 |
2 |
2 |
1 1 |
, |
||||
тепл |
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где – плотность, кг/м3; v – средняя скорость течения, м/сек. |
|
|||||||
Общее сопротивление каждого теплоносителя определяется как сумма |
||||||||
всех видов сопротивления в элементах теплообменника: |
|
|||||||
P Pт Pm Pтепл . |
(5.8) |
|||||||
Мощность, необходимая для перемещения каждого теплоносителя в теп- |
||||||||
лообменнике, определяется формулой: |
|
|
|
|
|
|||
N |
|
PG |
|
, кВт, |
(5.9) |
|||
|
|
|
|
|||||
|
1000 |
|
|
|
где G и – массовый расход и средняя плотность теплоносителя; – к.п.д.
устройства (насоса) для перемещения теплоносителя ( = 0,4…0,6).
6. ПРИМЕРЫ РАСЧЁТОВ
Пример 1
Определить величину поверхности теплообмена, число секций и мощ-
ность, необходимую для перемещения каждого теплоносителя водоводяного теплообменника типа «труба в трубе». Греющая вода движется по внутренней
стальной трубе (коэффициент теплопроводности ее |
ст |
= |
50 Вт/(м°С)) |
|
|
||||
диметром |
d2/d1 = 38/34 мм и имеет температуру на входе |
′ |
= 105оС, а на |
|
|
|
|
1 |
|
выходе ″ |
= 60 оС. Нагреваемая вода движется противотоком по кольцевому |
|||
1 |
|
|
|
|
|
24 |
|
|
|
каналу между трубами и нагревается от 2′ = 20 оС до 2″ = 50 °С. Количество передаваемой теплоты Q = 105 кВт. Диаметр внешней трубы D2/D1 = 57/51 мм.
Диаметр одной секции принять l = 2,0 м. Потери теплоты через внешнюю поверхность теплообменника не учитывать.
Тепловой расчет Находим среднеарифметические значения температур первичного и
вторичного теплоносителей и значение физических свойств воды при этих температурах.
|
|
|
t t |
|
|
|
105 60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
t1 |
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 82,5 °С; |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ж1 = 970,25 кг/м3; ж1 = 0,357·10–6 м2/с; |
|||||||||||||||||||
При t |
|
|
= 82,5 °С из [9] находим: |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ж1 |
|
|
|
= 0,67 Вт/м °С; Prж1 = 1,96; |
ср1 = 4,20 кДж/(кг °С); |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
t |
|
t |
|
|
|
20 50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
t2 |
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 35 °С; |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 35 °С из [9] находим: ж2 = 993,95 кг/м3; ж2 = 0,732·10–6 м2/с; |
||||||||||||||||||||||||||||||||
При |
|
|
|
|
|
t |
2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
ж2 |
|
= 0,6265 Вт/м °С; |
Prж2 = 4,865; ср2 = 4,174 кДж/(кг °С); |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Определяем расходы первичного вторичного теплоносителей: |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Q G с |
р1 |
|
(t |
t |
) G с |
р2 |
(t t ) ; |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
2 |
2 |
|
|
|||||||||||||||||||
G1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
105 |
|
|
0,55 кг/с; |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
с |
|
|
|
(t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
р1 |
t ) |
|
4,20 (105 60) |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
G2 |
|
|
|
|
|
|
|
Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
105 |
|
|
0,838 кг/с. |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
с |
|
|
(t |
t ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р2 |
|
|
|
|
4,174 (50 20) |
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Скорость движения первичного теплоносителя |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
v1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 G1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 0,55 |
|
|
|
0,624 м/с. |
|||||||||||||
|
|
1 |
|
d12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3,14 3,4 |
10 2 2 |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
970,25 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
Скорость движения вторичного теплоносителя |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
v2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 G1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 0,838 |
|
0,742 м/с. |
|||||||||||||||||
2 |
D12 |
d22 |
993,95 3,14 5,12 3,82 2 |
Определяем число Рейнольдса для первичного теплоносителя
25
Re |
|
|
|
|
0,624 3,4 10 2 |
5,94 104 . |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
ж1 |
|
|
|
|
0,357 |
10 6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Режим течения турбулентный, следовательно, расчет числа Нуссельта |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ведем по формуле (4.21): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,8 |
|
|
|
|
Pr |
0,25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Nu |
|
|
|
0,021Re |
Pr 0,43 |
ж1 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
ж1 |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ж1 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Prст1 |
|
|
Температура стенки неизвестна, поэтому задаемся ее значением: |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
t |
|
|
|
t1 |
t2 |
|
82,5 35 |
58,75 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
ст1 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
°С; |
|
при tст1 58,75 °С, Pr = 3,05. |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Определяем число Нуссельта |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
0,8 |
|
0,43 |
|
1,96 |
0,25 |
|
|||||||
Nu1 0,021 (5,94 10 |
|
|
|
) |
|
|
1,96 |
|
|
|
|
|
|
|
|
165,53. |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,05 |
|
|
|
||
Находим коэффициент теплоотдачи от первичного теплоносителя к |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
стенке трубы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ж1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,67 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
||||
|
1 |
Nu |
1 |
|
|
|
|
|
165,53 |
|
|
|
|
|
|
3261,95 Вт/м ·°С. |
||||||||||||||||||||
d |
|
|
|
|
3,4 10 2 |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Определяем число Рейнольдса для вторичного теплоносителя |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Re |
|
|
v2 dэ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
ж1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ж2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где dэ |
– эквивалентный диаметр. Для кольцевого канала |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
dэ D1 d2 51 38 13мм; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
Re |
|
|
|
|
0,742 1,3 10 2 |
|
|
|
1,32 104 . |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
ж1 |
|
|
|
|
0,732 |
10 6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Режим течения турбулентный, поэтому расчет числа Нуссельта ведем по формуле для теплоотдачи при турбулентном течении в каналах кольцевого сечения:
0,8 |
0,4 |
|
Pr |
0,25 |
D |
0,18 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
ж2 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||||||
Nu 2 0,017 Reж 2 |
Prж2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Prст2 |
|
|
d2 |
|
tст2 tст1 |
|
|
|||||||
Принимаем в |
первом |
приближении |
и, |
следовательно, |
||||||||||||||
Prст2 Prст1 = 3,05 получим: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
4 |
0,8 |
|
|
0,4 |
|
4,865 0,25 |
|
51 0,18 |
|
|
||||||
Nu 2 0,017 1,32 10 |
|
|
|
|
4,865 |
|
|
|
|
|
|
|
|
75,01. |
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,05 |
|
38 |
|
|
||||
Коэффициент |
теплоотдачи |
от |
|
стенки |
|
трубы |
ко |
вторичному |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
26 |
|
|
|
|
|
|
|
|
теплоносителю равен
|
|
Nu |
|
ж2 |
75,01 |
0,6265 |
3618 Вт/м2·°С. |
|
2 |
2 |
|
||||||
|
|
d |
|
|
1,3 10 2 |
|||
|
|
|
|
э |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Поскольку отношение диаметров d2 / d1 < 2, определяем коэффициент теплопередачи по уравнению для плоской стенки:
K |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1602,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
1 |
|
|
|
1 |
|
1 |
|
2 10 3 |
1 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
1 |
|
2 |
3261,95 |
50 |
3618,2 |
2 |
·°С, |
||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вт/м |
|
где |
d2 |
d1 |
2 10 3 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Находим средний температурный напор. Для этого определим величины условных эквивалентов W1 и W2:
t t |
|
W |
2 |
|
105 60 |
|
45 |
|
|
|
||
1 |
1 |
|
, |
|
|
|
, |
W >W . |
||||
t t |
W |
|
50 20 |
30 |
||||||||
|
|
|
|
|
2 |
1 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2 |
2 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 5
Среднелогарифмический температурный напор:
t |
|
|
|
t |
б |
t |
м |
|
|
(t |
t ) (t |
t ) |
|
(105 50) (60 20) |
47 |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
1 |
|
2 |
|
|
|
|
|
°С. |
|||||||
ср |
|
|
|
t |
|
|
|
t |
|
|
|
t |
t |
|
|
|
|
105 50 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
ln |
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
ln |
1 |
2 |
|
|
|
|
ln |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
м |
|
|
|
|
|
t |
t |
|
|
|
|
60 |
20 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Определяем плотность теплового потока: |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
q K tср |
|
1602,7 47 7,55 104 |
Вт/м2; |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
F |
|
Q 103 |
|
|
105 103 |
1,39 м2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
q |
|
|
|
7,55 104 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Число секций: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
n |
|
|
F |
|
|
|
|
|
|
|
|
1,39 |
|
|
6,5 |
7 . |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
d |
1 |
l |
3,14 3,4 10 2 2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
27 |
|
|
|
|
|
|
|
|
где d1 – диаметр поверхности с минимальным коэффициентом теплоотдачи.
Полученное число п округляем до большего целого числа. Уточняем температуры поверхностей стенок трубы:
t |
|
t |
|
|
|
q |
82,5 |
7,55 10 |
4 |
59,3 °С; |
|||
ст1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
1 |
|
1 |
|
|
3261,95 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
t |
|
t |
|
|
|
q |
35 |
7,55 10 |
4 |
55,8 °С. |
|||
ст2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
2 |
|
3618,2 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При этих температурах числа Прандтля
Prст1 = 3,02 и Prст2 = 3,34.
Поправки на изменение физических свойств жидкости по сечению потока
равны:
|
Pr |
|
0,25 |
|
1,96 |
|
0,25 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
ж1 |
|
|
|
|
|
|
|
0,898(в расчёте принято 0,895); |
||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
3,02 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Prст1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Pr |
|
0,25 |
|
4,865 |
|
0,25 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
ж2 |
|
|
|
|
|
|
|
1,1(в расчёте принято 1,1). |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
3,34 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Prст2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
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 Nиж1 |
и Nиж2. |
|
|
||||||||||||||||
Определяем диаметр патрубков для вторичного теплоносителя: |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dв 1,125 |
|
|
|
|
G2 |
|
|
1,125 |
|
0,836 |
|
0,0319 м. |
|||||||
|
|
2 v2 |
993,95 0,742 |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Полученное значение диаметра патрубка округляем до ближайшего стандартного по ГОСТ для труб.
Гидродинамический расчет Определяем гидравлические сопротивления для первичного
теплоносителя: Полная длина трубки одного хода первичного теплоносителя
28
ln l 2 тр |
2 2 0,04 2,08 м. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
где тр |
= 0,04 м – предварительная толщина, трубной доски (уточняется при |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
расчете на прочность). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
Сопротивление трения [4]: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
P |
|
|
l |
n |
|
|
|
|
v2 |
n . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
ж1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
т1 |
1 |
|
|
d1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Коэффициент сопротивления трения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
0,3164 |
|
|
|
|
|
|
|
0,33 |
|
0,3164 |
|
3,05 |
|
0,33 |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
1 |
|
|
Prст1 |
|
|
|
|
|
|
0,023. |
|
||||||||||||||||||||||||||
0,25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(5,94 |
10 |
4 |
) |
0,25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
Re |
ж1 |
|
|
|
Prж1 |
|
|
|
|
|
1,96 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
Потери давления на трение при движении воды по трубкам всех секций: |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
P |
|
|
|
|
ln |
|
|
ж1 v12 |
n 0,023 |
|
2,08 |
|
|
970,25 0,6242 |
7 1901Па. |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,4 10 2 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
т1 |
1 |
|
|
d |
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Потери давления в местных сопротивлениях: |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
v |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
м1 |
|
|
|
|
ж1 |
|
1 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
м1 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Величина коэффициента местного сопротивления м1 |
зависит от вида |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
местного сопротивления [1, 3] (прил. 2): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
– входная камера (удар и поворот) |
= 1 · 1,5 = 1,5; |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– поворот на угол 180° в У–образных трубках |
= 6 · 0,5 = 3,0; |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м1 |
|
|
|
– выход из трубного пространства |
= 1 · 1,0 = 1,0. |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Суммарный коэффициент местного сопротивления: |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
м1 |
|
|
|
|
1,5 3,0 1,0 5,5. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
м1 |
|
|
|
|
м1 |
|
|
|
м1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Потери давления в местных сопротивлениях: |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
P |
|
|
|
|
|
ж1 |
v12 |
|
5,5 |
970,25 0,6242 |
1039Па. |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
м1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
м1 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Общее сопротивление первичного теплоносителя: |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
P P |
|
|
P |
|
1901 1039 2940 Па. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
1 |
|
|
т1 |
|
|
|
|
|
|
|
м1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мощность, необходимая для перемещения первичного теплоносителя:
N1 |
|
|
P1 |
G1 |
|
2940 0,55 |
0,0033 |
кВт. |
||
|
ж1 |
103 |
970,25 0,5 103 |
|||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где – коэффициент полезного действия насоса; = 0,5…0,6.
29
Определяем |
|
|
|
|
гидравлическое |
|
|
|
сопротивление |
для |
вторичного |
||||||||||||||||||||||||||||||||
теплоносителя. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Сопротивление трения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
P |
|
|
|
|
|
|
l |
n |
|
|
|
|
|
v2 |
n . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ж 2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
т2 |
|
|
|
2 |
|
dэ |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Коэффициент сопротивления трения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
0,3164 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,33 |
|
0,3164 |
|
3,05 |
|
0,33 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
2 |
Prст2 |
|
|
|
|
|
|
|
0,025 . |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
Re |
0,25 |
|
|
Prж2 |
|
|
|
|
(1,32 |
10 |
4 |
) |
0,25 |
|
4,865 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
ж2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
Потери давления на трение при движении воды по трубкам всех секций: |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
P |
|
|
|
|
|
|
ln |
ж2 v22 |
n 0,024 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
993,95 0,7422 |
|
7 7367 Па. |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
т2 |
|
|
|
2 |
|
d |
э |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
1,3 10 2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Потери давления в местных сопротивлениях: |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
v |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
м2 |
|
|
ж2 |
|
|
|
2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
м2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Величина коэффициента местного сопротивления м2 |
зависит от вида |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
местного сопротивления (прил. 2): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
– входная камера (удар и поворот) |
|
= 1 · 1,5 = 1,5; |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– переход из одной секции в другую |
|
|
= 6 · 2,5 = 15,0; |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
– выход из межтрубного пространства |
= 1 · 1,0 = 1,0. |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м2 |
|
|
|
|
|
|
|
||
Суммарный коэффициент местного сопротивления: |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
м1 |
|
|
|
|
|
|
|
1,5 15,0 1,0 17,5 . |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
м1 |
|
|
|
|
м1 |
|
|
|
|
м1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Потери давления в местных сопротивлениях: |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
P |
|
|
|
|
ж2 |
v22 |
|
17,5 |
993,95 0,7422 |
|
4789 Па. |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
м2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
м2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Общее сопротивление вторичного теплоносителя: |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
P2 |
Pт2 Pм2 |
7367 4789 12156Па. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
Мощность, необходимая для перемещения первичного теплоносителя: |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
N2 |
|
|
|
P2 |
|
G2 |
|
|
|
|
12156 0,838 |
|
|
0,021кВт. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
ж2 |
103 |
|
993,95 0,5 103 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30