3. Методика расчетов

Задача 2.2.

1. Определить величины термических сопротивлений каждого слоя.

2. Определить для указанных случаев коэффициенты теплопередачи.

3. Определить плотности тепловых потоков для каждого из случаев. Приняв для случая «а» тепловой поток за 100% , подсчитать в процентах тепловые потоки для остальных случаев.

4. Определить распределение температур в стенке для случая «д».

5. Определить графически распределение температур в стенке для случая «д». График строится следующим образом: по оси «Х» откладываются значения термических сопротивлений каждого слоя. По оси «Y» - температуры газа и воды и через эти значения проводится прямая линия. Затем сравнить значения температур полученных графическим и расчетным способом.

6. Построение линии изменения температуры в стенке. Вычерчивается разрез стенки с указанием всех слоев. На разрезе линией красного цвета показывается падение температур.

Задача 2.3.

1. Определить параметры p, V, T, U, i для узловых точек цикла.

2. Полученные значения сводятся в таблицу вида:

Параметры	Точки
	1	2	3	4
р, атм.
V, m³/кг
Т, К
U. кДж/кг
i. кДж/кг

3. Определить n, C, ΔU, Δi, ΔS, q, l – для каждого процесса.

4. Полученные значения заносятся в таблицу :

Параметры	Процессы
	1-2	2-3	3-4	4-1
с
n
q
l
ΔU
Δi
ΔS

5. Выполняется проверка:

Сумма изменений внутренних энергий, энтальпий, энтропий, должны быть равными нулю.

Суммы количеств теплоты и работ изменения объёма газа должны быть равны.

6. Определение работы цикла , термический к.п.д.и среднее индикаторное давление:

7. Выполнить построение цикла:

а) в координатах р – v ;

б) в координатах lgp – lgv. Для удобства построения по горизонтальной оси откладываются значения lg 1000v.

Задача 2.4.

Приведем расчет варианта со следующими исходными данными:

-расход греющей воды G₁=15500 кг/час;

-температура греющей воды на входе в ТО t₁=80С;

-расход нагреваемой воды G₂=18000кг/час;

-температура нагреваемой воды на входе в ТО t₂=5С;

-температура нагреваемой воды на выходе из ТО t₂”=60С;

-коэффициент теплопроводности материала стенок трубок =104,5 Вт/мС;

-расчётная длина секции l=4м;

-внутренний диаметр корпуса секции D=106 мм;

-число трубок в секции n=19;

-d₂/d₁=16/14 мм.

При расчете потерями теплоты с внешней поверхности корпуса теплообменника пренебречь. Необходимо определить:

- тепловую мощность подогревателя;

- температуру греющей воды на выходе из подогревателя;

- коэффициент теплоотдачи от греющей воды к внутренней поверхности трубки;

• коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности трубки к нагреваемой воде;

• коэффициент теплопередачи от греющей воды к нагреваемой воде через разделяющую их поверхность латунных трубок;

• среднелогарифмический температурный напор между теплоносителями;

• поверхность нагрева теплообменного аппарата;

• число секций.

В конце расчета уточнить длину одной секции с учетом принятого числа секций, а также проверить правильность первоначального выбора температур поверхностей теплопередающей стенки.

1. Тепловая мощность подогревателя определяется из уравнения теплового баланса для нагреваемого теплоносителя:

Q=G₂C_р2(t₂-t₂).

Здесь С_р2=4,174 кДж/кгС, теплоемкость нагреваемой воды, определяется при С, из таблицы 2 “Физические свойства воды на линии насыщения” приложения данного методического указания.

кВт

2. Температура греющей воды на выходе из ТО t₁определяется из уравнения теплового баланса для греющей воды:

,

отсюда

С,

здесь С_р1= С_р2

3. Определение коэффициента теплоотдачи ₁ от греющей воды к внутренней поверхности трубок.

3.1. Теплофизические характеристики горячей воды определим при средней температуре :

С,

плотность горячей воды

кг/м³;

коэффициент кинематической вязкости

м²/с;

коэффициент теплопроводности воды

Вт/мС;

критерий Прандтля горячей воды при t₁

.

3.2. Скорость движения греющей воды внутри латунных трубок

м/с.

3.3. Число Рейнольдса

.

Если , то режим движения жидкости турбулентный

3.4. Для турбулентного режима движения теплоносителей справедливо

следующее критериальное уравнение

здесь - число Нуссельта горячей воды,- число Прандтля воды при средней температуре стенкиt_ст: (найден из табл. 2 данного м.у.)

t_cт=0,5=0,5(48,1+32,5)=40,35С

3.5. Коэффициент теплоотдачи от горячей воды к внутренней поверхности латунных трубок определяется из условия:

,

здесь l – определяющий размер, в нашем случае это внутренний диаметр латунных трубок

Вт/м²С.

4. Определение коэффициента теплоотдачи от внешней поверхности латунных трубок к нагреваемой воде.

4.1. Определим теплофизические характеристики нагреваемой воды при средней температуре :

С,

плотность воды ₂=994,8 кг/м³;

коэффициент кинематической вязкости ₂=0,76810^-6 м²/с;

коэффициент теплопроводности воды ₂=0,628 Вт/мС;

критерий Прандтля Pr₂=5,14.

4.2. Эквивалентный диаметр сечения межтрубного пространства

,

где F – площадь межтрубного пространства, внутри которого протекает нагреваемая вода:

;

P –смоченный периметр канала P=D+nd₂, здесь d₂ – внешний диаметр латунных трубок.

мм.

4.3. Скорость движения нагреваемой воды

м/с;

м².

4.4. Число Рейнольдса для нагреваемой воды

.

4.5. Определим критерий Нуссельта для нагреваемой воды

.

4.6. Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности латунных трубок к нагреваемой воде

Вт/м²С.

5. Коэффициент теплопередачи от горячей воды к нагреваемой воде через разделяющую их поверхность теплообмена определим по уравнению (1.5.), т.к.

Вт/м²С.

6. Среднелогарифмический температурный напор между теплоносителями для случая противоточной схемы включения:

.

7. Поверхность теплообмена ТО

F=.

8. Поверхность нагрева одной секции ТО

F_секц=nd_срl=193.141510^-34=3.58 м².

9. Число секций в теплообменнике

.

Принимаем для ТО 8 секций

10. Уточним длину секции

F=Nnd_cрl;

l=м.

11. Уточним температуры поверхностей латунных трубок

Q=₁(t₁-t_cт1)d₁nlN

t_cт1=,

10

.

Совпадение с принятой t_c удовлетворительное. (см. п. 3.4.)

Рис 3. общий вид и сечение горизонтального секционного кожухотрубного водоводяного подогревателя.

Рисунок 4 - Калач соединительный

Рисунок 5 - Переход

Таблица 5. Технические характеристики водоподогревателей

0Наружный диаметр корпуса секции Dн, мм	Число трубок в секции n, шт.	Площадь сечения межтрубного пространства мтр, м2	Площадь сечения тр, м2	Эквивалентный диаметр межтрубного пространства dэкв, м	Поверхность нагрева одной секции сек, м2, при длине, м
					2	4
57	4	0,00116	0,00062	0,0129	0,37	0,75
76	7	0,00233	0,00108	0,0164	0,65	1,32
89	10	0,00327	0,00154	0,0172	0,93	1,88
114	19	0,005	0,00293	0,0155	1,79	3,58
168	37	0,0122	0,0057	0,019	3,49	6,98
219	61	0,02139	0,00939	0,0224	5,75	11,51
273	109	0,03077	0,01679	0,0191	10,28	20,56
325	151	0,04464	0,02325	0,0208	14,24	28,49

Таблица 6. Номинальные габариты и присоединительные размеры

водоподогревателей, мм

Наружный диаметр корпуса секции Dн, мм	D	D1	D2	d	dн	H	h	L	L1	L2		L3 По рис 5
										Исполнение по рис. 4
										1	3
57	160	45	145	145	45	200	100	2225;4225	2000; 4000	133	146	70
76	180	57	160	160	57	200	100	2265;4265		143	178	80
89	195	76	180	180	76	240	120	2320;4320		170	217	85
114	215	89	195	195	89	300	150	2350;4350		210	250	90
168	280	114	215	245	133	400	200	2490;4490		310	340	140
219	325	168	280	280	168	500	250	2610;4610		415	450	150
273	390	219	335	335	219	600	300	2800;4800		512	600	190
325	440	219	335	390	273	600	300	2800;4800		600	600	190