Раздел 8 Указания по выполнению расчета теплообменных аппаратов

8.1. Последовательность выполнения задания 4.1.

Исходные данные:

Характеристики подогревателя	Характеристики теплоносителя
dнар =	Рн =
ст =	t'2 =
n =	t''2 =
l =	tk =
z=
3 =
3 =

Для решения задачи студент должен изучить теоретический материал по разделам: теплоотдача при вынужденном движении жидкости и при фазовом переходе; теплопередача; конструкций теплообменных аппаратов и методика их расчета.

Ход решения следующий:

1.Теплопроизводительность подогревателя равна

Q = k  H  t_cp, Bт

Р асход греющего пара

Расход подогреваемой воды

2 . H - поверхность теплообмена подогревателя, м²; определяется по среднему диаметру трубок

где и

3. t_ср – средняя разность температур между теплоносителями в подогревателе равная

где t_н – температура насыщения греющего пара, соответствующая давлению насыщенного пара - Р_н.

i_н, i_к – теплосодержание насыщенного водяного пара и конденсата, определяется по значению температуры насыщения пара t_н и температуре конденсата t_k из таблиц, кДж/кг.

i''₂, i'₂ – теплосодержание нагреваемой воды на выходе и на входе подогревателя, определяются по температурам воды t''₂ и t'₂, соответственно, из таблиц, кДж/кг.

4. К – средний коэффициент теплопередачи для подогревателя, Вт/(м² К), определяется с незначительной погрешностью из уравнения для плоской стенки

где _нар – коэффициент теплоотдачи от греющего пара у наружной стенке трубок при конденсации пара, Вт/(м² К);

_вн – коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности загрязнений к нагреваемой воде, Вт/(м² К);

_ст = 90 Вт/(м К) – коэффициент теплопроводности латуни.

Так как, для определения величин _нар и _вн необходимо знать расход теплоносителей и удельный тепловой поток через поверхность теплообмена, дальнейший расчет ведется методом последовательного приближения.

5. Принимается предварительно значение К=1900 Вт/(м² К). По принятому значению К определяются величины: Q, m₁ и m₂ а также удельный тепловой поток через поверхность теплообмена q=Kt_ср Вт/(м² К).

6. Средний коэффициент теплоотдачи _вн при вынужденном движении воды внутри трубы определяется из критериального уравнения, действительного при R_e>10⁴

где

- критерий Нуссельта

откуда

- критерий Рейнольдса;

- критерий Прандтля,

определяемый при средней температуре нагреваемой воды,

P r_cm – то же при средней температуре внутренней поверхности загрязнений ,

определяемой из уравнения

м етодом последовательного приближения;

- средняя скорость движения нагреваемой в трубках одно- ходового подогревателя, м/с;

 _в, С_рв, _в, v_в – физические параметры нагреваемой воды, определяемые при средней температуре воды , соответственно, это плотность воды – кг/м³, теплоемкость воды – Дж/(кг К), коэффициент теплопроводности – Вт/кг К, коэффициент кинематической вязкости воды – м²/с; ₁ – поправочный коэффициент на начальный участок трубы, при l/d_вн50 ₁=1,0.

7. Средний коэффициент теплоотдачи - _нар при конденсации пара на наружной поверхности одиночной горизонтальной трубы определяется из уравнения

где g = 9,81 м/с² – ускорение силы тяжести;

r_n – теплота конденсации насыщенного пара, определяется при давлении пара Р_н и температуре пара t_н, Дж/кг;

_к, _к, v_к – физические параметры пленки конденсата пара на поверхности трубок, определяемые при средней температуре пленки конденсата.

, соответственно, это коэффициент теплопроводности конденсата – Вт/(м К), плотность конденсата – кг/м³, коэффициент кинематической вязкости конденсата – м²/г;

- температура наружной поверхности стенки трубок подогревателя, определяемая из уравнения

м етодом последовательного приближения, в первом приближении

Для горизонтального пучка труб в данном подогревателе средний коэффициент теплоотдачи определяется из уравнения

d_нар=_нар1  _пв

где _пв – поправочный коэффициент на число рядов трубок по вертикали п_в в трубном пучке данного подогревателя, определяется из уравнения

П риближенное среднее значение величины п_в, можно найти из уравнения

9. Используя найденные значения величин _вн и _нар, определяют действительное значение величин К и сравнивают его с предварительно принятым значением К. Если отклонение превышает 5% расчет повторяют необходимое число раз.