5 Расчёт основных узлов и элементов конструкции

5.1 Поверочный расчёт

Рис. 5.1

Изменение температуры теплоносителей

1. Задаются значениями начальных и конечных температур теплоносителей:

Греющий теплоноситель (пар):

1. начальная температура: 250°С;

2. конечная температура: 185°С;

Нагреваемый теплоноситель (мазут):

1. начальная температура: °С;

2. конечная температура: °С.

2. Вычисляются приближенные значения средних температур теплоносителей:

Приближенное значение средней температуры греющего теплоносителя определяется по формуле [1, стр. 135]:

(5.1)

°С.

Приближенное значение средней температуры нагреваемого теплоносителя определяется по формуле [1, стр. 135]:

(5.2)

°С.

3. Теплофизические свойства воды при средней температуре выбираются из учебной литературы, [c.227, 1]

Теплофизические свойства греющего теплоносителя:

Теплофизические свойства нагреваемого теплоносителя:

4. Задаются скоростями движения теплоносителей [1, стр. 73]:

Скорость греющего теплоносителя принимается равной: ω₁=1м/с;

Скорость нагреваемого теплоносителя принимается равной: ω₂=3м/с;

5. Определяют числа Рейнольдса для теплоносителей [1, стр. 142]:

(5.3)

Для греющего теплоносителя число Рейнольдса определяется по формуле (5.4):

,

где D_экв – эквивалентный диаметр, м: [1, стр. 142]

(5.5), где D – внутренний диаметр кожуха, м;

d_нар – наружный диаметр рабочей трубки пучка, м;

n – число рабочих трубок в пучке.

м

, что соответствует установившемуся турбулентному режиму.

Для нагреваемого теплоносителя число Рейнольдса определяется по формуле теплоноситель (5.9):

,

где d_вн – внутренний диаметр рабочей трубки пучка; , следовательно, режим течения турбулентный.

6. По вычисленным значениям и определяет формулы для расчётного определения коэффициентов теплоотдачи [1, стр.62]

(5.6), где - коэффициент Прандтля для теплоносителя;

- коэффициент Прандтля при средней температуре стенки

Температура стенки определяется по формуле: [1, стр. 139]:

(5.7)

°С.

Коэффициент Прандтля при средней температуре стенки определяется по формуле:

, (5.8)

где - теплоемкость при средней температуре стенки определяется по формуле:

(5.9)

кДж/кг·°С

- плотность при средней температуре стенки определяется по формуле:

(5.10) кг/м³

- коэффициент теплопроводности при средней температуре стенки вычисляется по формуле:

(5.11)

Вт/м·°С.

- коэффициент кинематической вязкости при средней температуре стенки вычисляется по формуле:

(5.12)

м²/с

Для греющего теплоносителя:

Вычисляется коэффициент теплоотдачи по формуле [1, стр.54]:

(5.13)

Вт/м²·°С

Для нагреваемого теплоносителя:

Вычисляется коэффициент теплоотдачи по формуле (5.13)

Вт/м²·°С;

7. Принимаются термические сопротивления [1, стр. 132]:

Для греющего теплоносителя: r_з1=0,00035 Вт·°С /м²;

Для нагреваемого теплоносителя: r_з2=0,00025 Вт·°С /м².

8. Вычисляют коэффициент теплопередачи по формуле [1, стр. 131]:

(5.14), где - толщина стенки, м;

- коэффициент теплопроводности материала стенки определяется из таблицы [1, стр.31]

Вт/м²·°С

9. Вычисляется значение (водяной эквивалент поверхности теплообмена):

10. Вычисляются значения средних расходных теплоемкостей по формуле [1, стр. 113]:

(5.15),

Расход нагреваемого теплоносителя определяется по формуле: [7, стр. 27]

(5.16)

кг/с

Определяется средняя расходная теплоемкость нагреваемого теплоносителя по формуле (5.14):

кВт/°С.

Расход греющего теплоносителя находится из уравнения теплового баланса [1, стр. 113]:

(5.17),

где - коэффициент, учитывающий тепловые потери [1, стр. 113]: . Принимается

∆t_ср - средний температурный напор, °С.

кг/с

Определяется средняя расходная теплоемкость греющего теплоносителя по формуле (5.15):

кВт/°С.

11. Определяются расчетные конечные температуры при схеме движения «противоток»:

Для греющего теплоносителя расчетная конечная температура определяется по формуле [1, стр. 136]:

(5.18),

где - функция [1, стр. 137, Т. 3.4] Согласно таблице

°С;

Для нагреваемого теплоносителя расчетная конечная температура определяется по формуле [1, стр. 136]:

(5.19)

°С

12. Определяются тепловые потоки:

Тепловой поток, отдаваемый в теплообменном аппарате греющим теплоносителем, определяется по формуле [1, стр. 136, ф. 3.81]:

(5.20)

кВт;

Тепловой поток, получаемый в теплообменном аппарате нагреваемым теплоносителем, определяется по формуле[1, стр. 136, ф. 3.82]:

(5.21)

кВт

Проверяется сходимость тепловых потоков [1, стр. 136, ф. 3.83]:

; (5.21)