1.2.5 Выбор конструкционного материала
Выбираем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора NаNO3 интервале концентраций от 5 до 25% [5]. В этих условиях химически стойкой является сталь марки Х17. Скорость коррозии ее не менее 0,1 мм/год, коэффициент теплопроводности λст = 25,1 Вт/(м·К).
1.2.6 Расчет коэффициентов теплопередачи
По найденным температурам кипения и концентрациям растворов в корпусах подбираем в справочниках расчетные константы – физические характеристики растворов (плотность, теплопроводность, теплоемкость, вязкость). Далее по этим данным рассчитываем коэффициенты теплоотдачи для конденсирующегося пара и кипящего раствора и коэффициенты теплопередачи. Коэффициент теплопередачи определяем по уравнению аддитивности термических сопротивлений:
.
(12)
Примем что суммарное
термическое сопротивление равно
термическому сопротивлению стенки
и накипи
.
Термическое сопротивление загрязнений
со стороны пара не учитываем. Получим:
;
м2·К/Вт
Коэффициент
теплоотдачи от конденсирующегося пара
к стенке
равен[2]:
,
(13)
где – теплота конденсации греющего пара, Дж/кг;
,
,
- соответственно плотность
(кг/м3),теплопроводность
Вт/(м·К), вязкость (Па·с) конденсата при
средней температуре пленки,
,
где
- разность температур конденсации пара
и стенки, град.
Расчет
ведут методом последовательных
приближений. В первом приближении примем
град.
0С.
Подставив численные значения, получим:
Вт/(м2·К).
Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение:
,
г
де
- перепад температур на стенке, град;
- разность между
температурой стенки со стороны раствора
и температурой кипения раствора,
град.Отсюда:
;
град.
Тогда:
;
град.
Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных трубках при условии естественной циркуляции раствора [8] равен:
,
(14)
Вт/(м2·К).
Физические свойства кипящих растворов NаNO3 и их паров приведены в таблице 4.
Таблица 4 – Физические свойства кипящих растворов NаNO3 и их паров.
Параметр |
Корпус |
Литера-тура |
||
1 |
2 |
3 |
||
Теплопроводность раствора λ, Вт/(м·К) |
1,72 |
1,71 |
1,651 |
[9] |
Плотность раствора ρ, кг/м3 |
1091 |
1143 |
1422 |
[4] |
Теплоемкость раствора с, Дж/(кг·К) |
1091 |
1143 |
1258 |
[4] |
Вязкость раствора μ, Па·с |
0,71·10-3 |
1,14·10-3 |
3,18·10-3 |
[10] |
Поверхностное натяжение σ, Н/м |
0,0734 |
0,0748 |
0,0798 |
[9,10] |
Теплота парообразования rв, Дж/кг |
2186·103 |
2229·103 |
2347·103 |
[2] |
Плотность пара ρп, кг/м3 |
2,122 |
1,339 |
0,735 |
[1] |
Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:
;
Вт/м2;
;
Вт/м2.
Как видим, q/ ≠ q//.
Для второго приближения примем ∆t1=3,0 град.
Пренебрегая
изменением физических свойств конденсата
при изменении температуры на 1,0 град,
рассчитаем
по соотношению
Вт/(м2·К)
Получим:
град;
град;
Вт/(м2·К);
Вт/м2
;
Вт/м2
Очевидно, что q/ ≠ q//.
Для расчета в третьем приближении ∆t1=2,75 град. Получим:
Вт/(м2·К);
град;
град;
Вт/(м2·К);
Вт/м2;
Вт/м2.
Как видим, q/ ≈q//.
Так как расхождение
между тепловыми нагрузками не превышает
3%, то расчет коэффициентов
и
на этом заканчивают. Находим К1:
Вт/(м2·К).
Далее рассчитаем коэффициент теплопередачи для второго корпуса К2:
Примем
град.
Вт/(м2·К);
град;
град;
Вт/(м2·К);
Вт/м2
;
Вт/м2.
q/ ≠ q//.
Примем
град.Получим:
Вт/(м2·К);
град;
град;
Вт/(м2·К);
Вт/м2
;
Вт/м2.
q/ ≠ q//.
Примем
град.Получим:
Вт/(м2·К);
град;
град;
Вт/(м2·К);
Вт/м2
;
Вт/м2
q/ ≠ q//.
Примем
град.Получим:
Вт/(м2·К);
град;
град;
Вт/(м2·К);
Вт/м2
;
Вт/м2.
Как видим, q/
≈q//.
Расхождение между тепловыми нагрузками
не превышает 3%, расчет коэффициентов
и
на этом заканчиваем. Находим К2:
Вт/(м2·К).
Рассчитаем коэффициент теплопередачи для третьего корпуса К3:
Примем
град.Получим
Вт/(м2·К);
град;
град;
Вт/(м2·К);
Вт/м2;
Вт/м2.
q/ ≠ q//.
Примем
град.Получим:
Вт/(м2·К);
град;
град;
Вт/(м2·К);
Вт/м2;
Вт/м2.
q/ ≠ q//.
П
римем
град.Получим:
Вт/(м2·К);
град;
град;
Вт/(м2·К);
Вт/м2;
Вт/м2.
Как видим, q/ ≈q//. Расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3%, расчет коэффициентов и на этом заканчиваем. Находим К3:
Вт/(м2·К).