2. Методические указания к заданию 1
Оптимальная
скорость движения воды в трубках
соответствует минимальным годовым
приведенным затратам, определяемым по
формуле, р./год:
, (1)
где К – начальная стоимость нагревателя, р.;
И – ежегодные текущие расходы, р./год.
Наличие
оптимальной скорости движения воды в
трубках пароводяного нагревателя
вызвано тем, что с увеличением скорости
движения воды
возрастает коэффициент теплопередачи
k, уменьшается требуемая площадь
поверхности нагрева F и,
следовательно, начальная стоимость
нагревателя
.
Однако при этом возрастают потери
давления воды
,
расход электроэнергии Э на перекачку
воды и связанные с ним ежегодные текущие
расходы:
. (2)
Расчеты
параметров k, F,
Δp, К, Э, И, З следует
произвести, изменяя скорость движения
воды
от 0,5 до 2,0 м/с с шагом 0,25 м/с, результаты
расчетов свести в табл. 3 и построить
графические зависимости k,
F, Δp, К, Э,
И, З от w. Если зависимость
незначительна, то диапазон изменения
значений w необходимо
расширить.
Прежде
всего требуется определить коэффициент
теплопередачи от пара к нагреваемой
воде через стенку трубы толщиной
:
(3)
где
– коэффициент теплоотдачи от
конденсирующегося пара к наружной
поверхности трубок,
;
– коэффициент теплоотдачи от внутренней
поверхности трубок к нагреваемой воде,
.
Для расчета
при конденсации пара на вертикальных
трубках необходимо знать температуру
внешней поверхности стенки
и высоту трубки Н. Так как значение этих
величин неизвестно, то расчет проводится
методом последовательных приближений.
Предварительно задаются:
м.
Средняя разность значений температуры между теплоносителями
(4)
Приведенная длина трубки, м,
(5)
Если
то режим течения пленки конденсата
ламинарный и расчет ведется по формуле:
(6)
Значение безразмерных
коэффициентов
принимаются из табл. 2 путем интерполяции
в зависимости от
.
Таблица
2
Численные значения безразмерных коэффициентов
|
|
|
80 |
34,5 |
4,88 |
90 |
42,7 |
5,57 |
100 |
51,5 |
6,28 |
110 |
60,7 |
6,95 |
120 |
70,3 |
7,65 |
130 |
82,0 |
8,47 |
140 |
94,0 |
9,29 |
150 |
107,0 |
10,15 |
160 |
122,0 |
11,09 |
При
режим течения пленки конденсата
турбулентный, для которого число
Рейнольдса
. (7)
Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке
(8)
Для определения
коэффициента теплоотдачи со стороны
воды принимают из справочных таблиц
при средней температуре воды
следующие физические параметры:
– коэффициент
кинематической вязкости,
– коэффициент
теплопроводности, Вт/(м∙К);
– критерий Прандтля;
– плотность,
.
Критерий Рейнольдса
(9)
При турбулентном режиме движения (Re > 10 000) критерий Нуссельта
, (10)
где
– критерий Прандтля для воды при
температуре
.
Коэффициент
теплоотдачи от внутренней поверхности
трубки к воде,
,
(11)
Площадь
поверхности нагрева,
,
. (12)
Число трубок в одном ходе, шт.,
. (13)
Расход воды, кг/с,
. (14)
Общее
число трубок четырехходового теплообменника
.
Высота трубок, м,
(15)
Температура стенки трубки на границах с теплоносителем, ºС:
; (16)
.
(17)
Если
полученные значения Н,
не совпадают с принятыми ранее, то
следует провести их корректировку,
добиваясь сходимости с точностью до
5 %.
Потери давления воды в нагревателе
, (18)
где
– коэффициент гидравлического трения,
(19)
Эквивалентная длина местных сопротивлений, м,
(20)
Значение суммы
коэффициентов местных сопротивлений
для четырехходового теплообменника
рекомендуется принять равным 4,2.
Расход электроэнергии на перекачку воды, кВт∙ч/год,
(21)
Годовые приведенные затраты
(22)
Таблица 3
Результаты расчета основных величин
Величина |
Обоз-начение |
Размер-ность |
Скорость воды
в трубках,
|
||||||
0,5 |
0,75 |
1,00 |
1,25 |
1,50 |
1,75 |
2,00 |
|||
Коэф. теплоотдачи со стороны пара |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэф. теплоотдачи со стороны воды |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэф. теплопередачи |
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
Площадь поверхности нагрева |
F |
|
|
|
|
|
|
|
|
Высота трубок |
H |
м |
|
|
|
|
|
|
|
Потери напора |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Начальная стоимость нагревателя |
K |
р. |
|
|
|
|
|
|
|
Расход электро- энергии |
Э |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ежегодные текущие расходы |
И |
|
|
|
|
|
|
|
|
Годовые приведенные затраты |
З |
|
|
|
|
|
|
|
|
