Расчет теплообменника

Тип работы:
Контрольная
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

1. Задача 1

Выполнить конструкторский расчет вертикального подогревателя низкого давления с пучком U-образных латунных труб диаметром d=16?0,75 мм. Цель расчета: определение требуемой поверхности теплообмена и геометрических параметров пучка (количество труб и их длина).

Исходные данные:

ргр = 0,18 МПа = 1,8 бар

tгр = 117 оС

рв = 2,2 МПа = 22 бар

tввх = 83,7 оС

Gв = 162 кг/с

nходов = 2

Решение

Приняв недогрев нагреваемой воды на выходе из подогревателя до температуры насыщения греющего пара равным 3оС, определяем температуру на выходе из подогревателя

tввых = 117 — 3 = 114 (оС)

Значение температуры насыщения, соответствующее, а также все последующие, необходимые для расчета, значения теплофизических параметров нагреваемой воды, греющего пара и его конденсата определяем по «Таблицам воды и водяного пара».

Греющий пар:

tгр = 117 оС

pгр = 0,18 МПа = 1,8 бар

hп = 2701 кДж/кг

Конденсат:

hк = 490,7 кДж/кг

r = hп — hк = 2701−490,7=2210,3 кДж/кг

ск = 945,574 кг/м3

лк = 0,682 Вт/м•К

нк = 2,523 • 10-7 м2/сек

Pr = 1,481

Нагреваемая среда:

p = 2,2 МПа = 22 бар

tвх = 83,7 оС

hвх = 352,24 кДж/кг

свх = 970,4 кг/м3

tвых = 114 оС

свых = 948, кг/м3

Средние значения:

tср = = = 98,9 оС

с = 960,1 кг/м3

н = 2,97•10-7 м2/сек

л = 0,679 Вт/м•К

Pr = 1,77

Найдя по «Таблицам» значения энтальпий воды на входе и выходе, а также энтальпий пара на входе и конденсата на выходе, определяем из уравнения теплового баланса расход греющего пара:

и количество теплоты, передаваемое греющим паром в подогревателе нагреваемой воде,

Q = 9,443•2210,3•0,99 = 20 663,144 (кДж/сек)

где — КПД подогревателя, принимаемый равным = 0,99?0,995.

Требуемая величина поверхности теплообмена из уравнения теплоотдачи равна:

,

где — среднелогарифмический температурный напор;

k — коэффициент теплопередачи, значения которого для подогревателей с U — образными латунными трубами находятся в диапазоне от 2,5 до 3 кВт/(м2•град).

F = (м2)

Задавшись значением k и определив значение F, определяем основные геометрические размеры подогревателя. Приняв шахматное расположение труб в трубной доске (S1=22 мм и S2=19 мм) с коэффициентом заполнения трубной доски трубками ц=0,48 и скоростью движения воды в трубках wв= (0,8?1) м/с, определяем число параллельных труб по ходу воды:

,

где dв — внутренний диаметр трубок, м.

z1 = (шт.)

При этом общее количество трубных концов, развальцованных в трубной доске

z = 1125 • 2 = 2250 (шт.)

Площадь трубной доски, занятая трубками,

,

Fтр = (м2)

а средняя длина трубок

,

L = (м)

где dн — наружный диаметр трубок, м.

Рис. 1

Изобразив конструктивную схему подогревателя с разбиением его по высоте на отсеки (расстояние между дистанционирующими перегородками) так, чтобы их количество nотс было от 4 до 6, определим среднюю активную длину труб в отсеке:

.

H = (м)

Приступаем к определению расчетного значения коэффициента теплопередачи:

, Вт/(м2оС), (1)

где б1 — средний коэффициент теплоотдачи при конденсации греющего пара на наружной поверхности трубок, Вт/(м2оС);

б2 — средний коэффициент теплоотдачи при течении воды в трубках, Вт/(м2оС);

лст = 100 Вт/м•оС — коэффициент теплопроводности латуни при средней температуре стенки.

Для определения величины б1 необходимо вначале установить режим течения пленки конденсата. Для этого определяем значение числа Рейнольдса пленки конденсата

,

где r — скрытая теплота парообразования, Дж/кг;

ск, нк — плотность и кинематическая вязкость конденсата, кг/м3 и м2/с, соответственно.

Reк =

При Re > Reкр 104

, Вт/(м2оС),

где лк=0,679 Вт/м•оС — коэффициент теплопроводности конденсата

(Вт/м2оС)

Для расчета б2 необходимо определить значение средней температуры воды, при которой определяются значения теплофизических свойств воды. Она равна

.

(оС)

Тогда число Рейнольдса воды

,

где нв — кинематическая вязкость воды, м2/с.

При Re > Reкр104, среднее значение числа Нуссельта воды

,

где Prв — число Прандтля воды.

Средний коэффициент теплоотдачи от воды к стенке:

,

(Вт/м2оС).

Подставив рассчитанные значения и в формулу (1), определим расчетное значение kрасч, и сопоставив его со значением k, принятым при расчете F, получим отклонение.

(Вт/м2оС)

< 1%, расчет закончен.

2. Задача 2

Определить гидравлическое сопротивление внутритрубного тракта горизонтального пароводяного подогревателя.

Исходные данные:

dвн = 15 мм = 0,015 м

nтр = 216 шт.

lтр = 4000 мм = 4 м

tв = 70 оС

pв = 1,5 МПа

Gв = 30 кг/с

nход = 2

Вариант конструкции — U-образные трубы.

Решение

Полное падение давления при протекании воды по внутритрубному тракту складывается из потерь на трение и на местные гидравлические сопротивления:

, [Па], (1)

где — гидравлические потери на трение, Па;

— местное гидравлическое сопротивление, Па;

л — коэффициент гидравлического трения (безразмерен);

L — суммарная длина прямолинейных участков труб по ходу течения воды, м;

dвн = 0,015 — внутренний диаметр труб, м;

с = 978,38 — плотность воды, кг/м3;

w = 0,45 — средняя скорость течения воды в трубах, м/с;

= 12,5 — коэффициент местного гидравлического сопротивления (безразмерен);

Значения величины для характерных для внутритрубного тракта местных сопротивлений:

1. Входная или выходная камеры (удар и поворот)

=1,5 (х2)

2. Поворот на 180о при переходе из одного пучка труб в другой внутри поворотной камеры

=2,5 (х1)

3. Поворот на 180о в U — образной трубке

=0,5 (х2)

4. Вход в трубное пространство

=1,5 (х2)

5. Выход из трубного пространства

=1,5 (х2)

wi — скорость течения воды в местном гидравлическом сопротивлении, м/с.

(м/с)

Определяем относительную шероховатость труб по формуле:

,

где д — абсолютная шероховатость стенок труб (для стали д = 0,1 мм)

dвн — внутренний диаметр трубок, мм.

Определяем значение числа Рейнольдса:

,

где н — кинематическая вязкость воды, м2/с.

и значение коэффициента гидравлического трения

,

Для определения скоростей во входном и выходном патрубках теплообменника необходимо задаться их диаметрами. Для этого следует определить диаметр трубной доски:

,

где — наружный диаметр трубок, м;

ц=0,48 — коэффициент заполнения трубной доски трубками.

(м)

Диаметры входного и выходного патрубков принимаются равными:

.

Dпатр = 0,24 • 0,360 = 0,0936 (м)

Определив величину скорости в патрубках

,

(м/с) < 5,0 м/с

Величина L, входящая в формулу (1), является суммарной длиной прямолинейных участков труб по ходу движения воды, т. е.

.

L = 2 • 4 = 8 (м)

Определив все вышеуказанные величины, по формуле (1) определяется полное гидравлическое сопротивление внутритрубного тракта пароводяного теплообменника.

,

(Па)

,

(Па)

,

(Па)

Ответ: 3094,19 Па.

подогреватель труба теплообмен сопротивление

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой