Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Нижегородский Государственный Архитектурно-Строительный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

9197

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

25.11.2023

Размер:

2.38 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 114 5 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

Рис. 6. Теплообменник типа "Труба в трубе" (к примеру 1)

Пример 2

Определить величину поверхности теплообмена, высоту труб в одном ходе и количество труб, расположенных поперек и вдоль потока воздуха трубчатого двухходового воздухоподогревателя парогенератора. Воздух,

поступая в воздухоподогреватель, нагревается от t = 20 °С до = 240 °С.

Дымовые газы (13% СО2; 11% Н2О; 76% N2) движутся внутри стальных труб

( ст = 50 Вт/(м°С)) диаметром d2/d1 = 45/41 мм. Температура газов на входе в

воздухоподогреватель

= 350°С, и на

выходе

= 170 °С. Трубы

расположены в шахматном порядке с шагом

S1 = S2 = 1,3d2. Средние скорости

движения воздуха v2 = 2,0 м/с и дымовых газов

v1 = 20 м/с. Количество

передаваемой теплоты Q = 200 кВт.

Тепловой расчет

Определяем среднеарифметическую температуру дымовых газов:

350 170

260

°С;

При

t1 = 260 °С из [9] находим физические свойства дымовых газов:

1 = 0,696 кг/м3;

= 1,1 кДж/(кг °С);

ж1

= 4,5 · 10–2 Вт/м°С;

р1

ж1

= 37 · 10–6 м2/с;

Prж1 = 0,66.

Число Рейнольдса для потока газов составит:

20 0,041

2,22 104 .

ж1

37 10 6

Число Нуссельта и коэффициент теплоотдачи от газов к стенкам труб

определяем по формуле (4.12):

0,021Re0,8

0,43

0,021 (22 104 )0,8

0,660,43 52,62 .

ж1

Определяем среднеарифметическую температуру воздуха

t2 = (20 + 240)/2 = 130 °С.

При t2 = 130 °С из [9] находим физические свойства воздуха

	2		= 0,876 кг/м3;													с		= 1,011 кДж/(кг °С);							ж2		= 3,41 10–2		Вт/м°С;
	2																р2								ж2
ж2				= 26,62 · 10–6 м2/с; Prж1 = 0,685
Число Рейнольдса для потока воздуха равно:
Re								2 0,045								0,338 104 .
		ж2
							26,62 10 6


Число Нуссельта и коэффициент теплоотдачи от стенок труб к воздуху
при поперечном омывании труб:
Nu			2			0,41 Re0,6									.
			2											2		1
При шахматном расположении труб и																						S1		/S2		< 2 = (S1 /S2)1/6				и так как
																											1
S1 = S2, то 1 = 1.
Nu			2			0,41 (0,33 404 )0,6													1 = 47,415.
			2
											ж2								0,0341					2
	2		Nu					2							47,415						35,93 Вт/м ·°С.
			Nu							d					47,415				45 10 2		35,93 Вт/м ·°С.

												2
												2
Определим коэффициент теплопередачи:
K									1											1			22,13

					1									1		1				2 10 3	1

					1								2				57,75			50	35,93						2	·°С.
					1								2				57,75			50	35,93						2
																											Вт/м

Находим среднелогарифмический температурный напор:

(t t ) (t

t )

(170 20) (350 240)

128,97

ср

170 20

350

240

Для рассматриваемой схемы движения теплоносителей из графика

находим поправку к температурному напору:

При P

240 20

0,677 ; R

350 170

0,817 ,

350

240

величина = 0,91, поэтому t tл = 128,97 · 0,91 = 117 °С.

Поверхность теплообмена воздухоподогревателя

Q 103

2 105

77 м2.

K t

22,13 117

4G1

Находим общее число труб по формуле:

d 2

1 , где

°С.

[4]

G1			Q		2 102	1,01	G2			Q		2 102	0,9
			(t		1,1 180
		c						c		(t		1,01 220
		c		t )		кг/с,		c		(t	t )	1,01 220	кг/с,
		р1	1	1		кг/с,			р2	2	2		кг/с,
		р1	1	1					р2	2	2
n				4 1,01		55

	0,696 3,14 0,0412 20
						.

Находим длину трубы в одном ходе:

L1		F		77	5,43	м.

		d1		2 3,14 0,041 55
	2		n

Полная длина трубы l = 2 · l 1 = 2 5,43 = 10,86 м.

Живое сечение для прохода воздуха

	G2		0,9	2
f					0,513м .
f					0,513м .
	2	v2	0,876	2

Число труб, расположенных поперек потока, равно:

n1					f				0,513		7

		l1		(S1		d2 )		5,43 (1,3	0,045	0,045)
		l1		(S1		d2 )		5,43 (1,3	0,045	0,045)	.
											.
Тогда число труб, расположенных вдоль потока, составит:
n			n		55		7,86 .
n	2						7,86 .
	2		n1			7
			n1			7
Принимаем число труб n2 = 8.
								Гидродинамический расчет
Определяем							гидравлические сопротивления первичного теплоносителя

(для трубного пространства):

Сопротивление трения по формуле (5.1):

P		l				v	2
					ж1	1		, Па.
								, Па.
т1	1	d1			2
Коэффициент сопротивления трения:
	0,3164					0,3164			0,0259 .
									0,0259 .
1	Re0,25		(2,22 104 )0,25
	Re0,25		(2,22 104 )0,25
	ж1
Сопротивление трения:
				10,86				0,696 202
P	0,0259									950 Па.
P	0,0259									950 Па.
т1				0,041				2
				0,041				2

Определим потери давления в местных сопротивлениях:

P			v2
P	м1	ж1	1 , Па.
м1	м1	2
		2

Величина коэффициента местного сопротивления м1 зависит от вида местного сопротивления [1,3] (прил. 2):

– входная и выходная камеры (удар и поворот) м1 = 2 · 1,5 = 3.

Потери давления в местных сопротивлениях:

P	3	0,696 20	2	= 417,6 Па.


м1		2
		2

Общее сопротивление первичного теплоносителя:

P P		P	950 417,6 1367,6Па.
1	т1	м1

Мощность, необходимая для перемещения первичного теплоносителя:

N1	P1		G1	1367,6 1,01	3,96	кВт.
	ж1	103		0,696 0,5 103

Определяем гидравлическое сопротивление вторичного теплоносителя

(для межтрубного пространства):

Сопротивление трения:

P			v2
P	2	ж 2	2 , Па.
т2	2	2
		2

Коэффициент сопротивления трения 2 при поперечном обтекании пучка труб находят по формуле (5.4):

2 (4 6,6 m) Re20,28 (4 6,6 8 2) 3380 0,28 11,26 ,

где т = 2 · n2 – число труб по направлению движения теплоносителя.

Рис. 7. Воздухоподогреватель (к примеру 2)

Потери давления на трение при движении воздуха:

						0,876 22
P		11,26						2 39,68 Па.
P		11,26						2 39,68 Па.
	т2						2
							2
Определяем потери давления в местных сопротивлениях:
P							v2
P			м2			ж2	2 , Па.
	м2		м2			2
						2
Величина коэффициента местного сопротивления									м2 зависит от вида
местного сопротивления (прил. 2):
– входная и выходная камеры (удар и поворот)									= 2 · 1,5 = 3.
								м2
– поворот на угол 180° из одной секции в другую через промежуточную
камеру					=		2,5.
				м2
Суммарный коэффициент местного сопротивления:
	м2						3 2,5 5,5.
	м2	м2			м2

Потери давления в местных сопротивлениях:

Pм2 5,5 0,876 22 9,64Па. 2

Общее сопротивление вторичного теплоносителя

P2 Pт2 Pм2 39,68 9,64 49,32 Па.

Мощность, необходимая для перемещения вторичного теплоносителя:

N2	P2		G2	49,32 0,9	0,098	кВт.
	ж2	103		0,876 0,5 103

Пример 3

Определить величину поверхности теплообменника и основные размеры

вертикального четырехходового трубчатого теплообменника, предназначенного

для нагрева воды от		t		t
		2 = 30 °С до		2 = 90 °С. Вода движется внутри латунных
трубок ( лат					d2	d1	1
						2
	= 102 50 Вт/(м°С)) диаметром d2/d1 = 16/14 мм,						мм, со
скоростью	v2 = 1 м/с. Греющим теплоносителем является сухой насыщенный
водяной пар с давлением			Р = 0,143 МПа и скоростью v1 = 10 м/с, который

конденсируется на внешней поверхности трубок. Количество передаваемой теплоты Q = 2200 кВт. Потери теплоты в окружающую среду не учитывать.

где

Тепловой расчет Определяем параметры греющего пара для давления Р = 0,143 МПа [9],

= 2691,4 кДж/кг, i = 461,4 кДж/кг, ts = 110 °С.

Определяем расход первичного теплоносителя:

2200

0,99

кг/с.

i i

2691,4 461,4

Определяем расход вторичного теплоносителя:

2200

8,8

кг/с.

р2

t ) 4,187

(90 30)

ср2

= 4,187

кДж/(кг°С)

– теплоемкость воды при средней температуре

t2 = 60°С.

Для расчета коэффициента теплоотдачи к внешней поверхности трубки при конденсации пара надо знать температуру внешней поверхности стенки и

высоту трубки. Эти значения неизвестны, поэтому расчет проводим методом последовательных приближений. Определяем среднелогарифмический температурный напор.

Рис. 8.

tср

t t

90 30

43,5 °С.

110 30

110

Задаемся температурой стенки в первом приближении

t		t		tл 110	43,5	88
	ст		s
				2	2	°С.

Задаёмся высотой трубок H = 2 м.

Приведённая высота поверхности (длина трубки):

Z tл H A .

При ts = 110 °С по табл. 8–1 [5], A = 60,7 Вт/м°С, B = 6,95· 10–3 м/Вт.

Z	tл H A	43,5	2 60,7 2680>2300.

	2	2

Режим течения пленки конденсата турбулентный.

При пленочной конденсации сухого насыщенного пара и смешанном режиме течения пленки конденсата средний по длине коэффициент теплоотдачи определяют по формуле:

															Pr	0,25			0,5				4 / 3
Re1				253													Pr					(Z 2300) .

											0,069
													Prст

Здесь Рr, Рrст – числа Прандтля для конденсата.
При ts =110°С, Рr =1,60 при tст1																		= 88°С, Рrст1 = 2,0.
															1,6	0,25								4 / 3
																0,25
																		0,5
																		0,5
Re1 253											0,069						Pr			(2680 2300)					1770 .
Re1 253											0,069						Pr			(2680 2300)					1770 .
															2

Учитывая, что Re1 t H B находим:
									Re1						1770						5770 Вт/м2·°С.
		1				tл						22 2 6,95 10 3									5770 Вт/м2·°С.
		1
										H	B
							2			H	B
							2
Определим коэффициент теплоотдачи к воде.
Среднеарифметическая температура воды
				t			t				30 90
t					2					2				60 °С.
t	2						2				2			60 °С.
	2

Число Рейнольдса для вторичного теплоносителя (вода)
Re										1 0,014			2,93 104 .
			ж2
								0,478 10 6


Режим										движения					воды		турбулентный,						поэтому число Нуссельта

рассчитывают по формуле:

			0,8			Pr		0,25
Nu		0,021Re	0,8	Pr 0,43		ж2	.
Nu	2	0,021Re	ж 2	Pr 0,43			.
	2		ж 2	ж2
					Prст2

Перепад температур по толщине стенки оцениваем в 1 °С, тогда

tст2 tст1 1 88 1 87 °С и Prст2							2,03,
		4		0,8		0,43	2,98	0,25
Nu	2 0,021 (2,93 10		)		2,98				138,41,

							2,03

	Nu		ж2		138,41	0,659	6510 Вт/м2·°С.
2	Nu	2	ж2		138,41	1,4 10 3	6510 Вт/м2·°С.
2		2	d
			d	1
				1

Коэффициент теплоотдачи от пара к воде:

K			1				1						2980

		1		1		1		1 10 3			1
		1		1		1					1	,0.25


					2	5770	102		Рг					2
	1				2	5770	102			6510				Вт/м ·°С.
Ш2 = 0,021–Кеж 0,8–Ргж 0,43–											ж,,			Вт/м ·°С.

Средняя плотность теплового потокаРг,

12 У

Перепадq температурK t по толщине стенки оцениваем в 1°С, тогда

л = 2980 · 43,5 = 130 кВт/м2.

Поверхность теплообмена в первом приближении

2200

16,9 м2.

130

Число трубок в одном ходе

4G2

4 8,8

d12 v2

983,2 3,14 1,4 10 2 2 1

Число ходов 4 и всего трубок п = 4 · 58 = 232.

Высота трубок в первом приближении

16,9

1,55 м.

ср

3,14 1,5 10 2

232

Температура стенок трубок

110

130 103

57,5°С;

ст1

5770

87,5

130 103

1 10 3 86,2 °С.

ст2

ст1

лат

102

Полученные значения величин

Н, tст1 ,

tст2 отличаются более чем на

10%, поэтому производим повторный расчет, принимая Н = 1,5 м, tст1 = 88°С, tст2 = 86 °С.

Повторный расчет Пусть приведенная высота поверхности (длина трубки) равна:

Z t H A = (110 – 88)·1,5·60,7 = 2190 < 2300.

Режим течения пленки конденсата ламинарный, поэтому расчет ведем по формуле:

Re1 3,8 z0,78 3,8 21900,78 1530 ,

	Re1		1530		6120	2
1						Вт/м ·°С.
	t H	B	22 1,5 6,95	10 3		Вт/м ·°С.

Для вторичного теплоносителя при tст2 = 86,0°С, Рrст =1,96.

			0,8					Pr	0,25
Nu		0,021Re	0,8	Pr 0,43				ж2		,
Nu	2	0,021Re	ж 2	Pr 0,43						,
	2		ж 2	ж2
							Prст2
					4		0,8			0,43	2,98	0,25
Nu	2 0,021 (2,93 10					)		2,98					139,5 .
Nu	2 0,021 (2,93 10					)		2,98			1,96		139,5 .
											1,96

Коэффициент теплоотдачи:

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 114 5 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
25.11.20232.38 Mб09192.pdf
#
25.11.20232.38 Mб09193.pdf
#
25.11.20232.38 Mб09194.pdf
#
25.11.20232.38 Mб09195.pdf
#
25.11.20232.38 Mб09196.pdf
#
25.11.20232.38 Mб09197.pdf
#
25.11.20232.38 Mб09198.pdf
#
25.11.20232.39 Mб09199.pdf
#
21.11.202389.61 Кб092.pdf
#
21.11.2023162.63 Кб0920.pdf
#
25.11.20232.39 Mб09200.pdf