Живий перетин трубок

f_тр= 0,785  d_вн²  n = 0,7850,014²190 = 0,0292 м²

Живий перетин міжтрубного простору

f_м= 0,785(D²–n d²_з) = 0,785(0,372²–1900,016²) = 0,0897м²

Еквівалентний діаметр міжтрубного простору

Задача № 3. Визначити густину теплового потоку в пароперегрівнику котлового агрегату, де має місце складний теплообмін з перевагою конвективної складової, якщо коефіцієнт тепловіддачі конвекцією ₁=(80+N) Вт/(м²К), температура газів t_р=1200^oС, температура стінки труб t_с=(800+3N)^oС, степінь чорноти =0,7, коефіцієнт випромінювання абсолютного-чорного тіла с_о=5,67 Вт/(м²К⁴).

Дано: ₁=80 Вт/(м²К); t_р=1200^oC; t_с=800^oC; =0,7; с_о=5,67 Вт/(м²К⁴)

q - ?

Розв’язання:

Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням

Густина теплового потоку

q = ( + _)(t_р - t_с) = (80+336)(1200-800) = 166,4 кВт/м².

Задача № 4. Виконати тепловий і конструктивний розрахунок секційного водоводяного підігрівника при таких умовах:

схема руху теплоносіїв	- прямоток;
температури гарячої води: - початкова - кінцева	t1п=150,0 оС, t1к=100,0 оС;
витрата холодної води	- G2=20,0 кг/с;
температури холодної води: - початкова - кінцева	t2п=10,0 оС, t2к=70,0 оС;
трубчата сталева поверхня нагрівання	- dвн/dз=14/16 мм;
теплопровідність матеріалу труб	- с=58,2 Вт/(мК);
товщина накипу	- н=0,3 мм;
теплопровідність накипу	- н=3,45 Вт/(мК);
коефіцієнт, що враховує втрати теплоти у навколишнє середовище	- =0,97.

Розрахунок

Схематичне зображення теплообмінника показано на рис.10.1.

Вода через штуцер 1 надходить у внутрішній простір трубок першої секції теплообмінника, потім по перехідному коліну направляється у внутрішній простір трубок другої секції теплообмінника і виходить через штуцер 2. Гаряча вода надходить через штуцер 3 у міжтрубний простір першої секції теплообмінника, потім по перехідному патрубку 5 вона направляється у міжтрубний простір другої секції теплообмінника і виходить через штуцер 4.

У теплообміннику шляхом теплопередачі здійснюється одночасний перенос теплоти конвекцією і теплопровідністю від гарячої до холодної води.

Теплова продуктивність теплообмінника визначається за рівнянням теплового балансу,

Q = G₂c₂(t₂^к – t₂^п) = 20  4,174  (70 – 10) = 5008,8 кВт,

де c₂ – теплоємність теплоносія, кДж/(кгК).

Рис. 10.1. Водоводяний теплообмінник:

1 – штуцер входу холодної води; 2 - штуцер виходу холодної води; 3 - штуцер входу гарячої води; 4 - штуцер виходу гарячої води; 5 – перехідний патрубок; 6 - трубки теплообмінника; 7 - коліно; 8 – корпус; 9 – трубна решітка; 10 – фланець; 11- прокладка; 12 - міжтрубний простір; 13 – трубний простір.

Теплоємність холодної води визначається по середній температурі t₂= 0,5(t₂^к + t₂^п) = 0,5(70 + 10) = 40 ^оС по табл.15 додатку, c₂ =4,174 кДж/(кгК).

Теплоємність гарячої води визначається по середній температурі первинного теплоносіяt₁ = 0,5(t₁^п + t₁^к) = 0,5(150 + 100) = 125 ^оС. По табл.20 додатку шляхом інтерполяції визначаємо c₁=4,258 кДж/(кгК).

Використовуючи рівняння теплового балансу, визначаємо витрату первинного (гарячого) теплоносія

Для визначення кількості трубок в одній секції теплообмінника задаємося швидкістю руху холодної води у трубках w₂ = 1,5 м/с і визначаємо площу поперечного переріза труб. Для чого використовуємо рівняння нерозривності потоку у виді

G = f  w  ,

де G – витрата теплоносія, кг/с;

f – поперечний переріз потоку, м²;

 – густина рідини, кг/м³.

При t₂ = 40 ^оС ₂ = 922,2 кг/м³ по табл.20 додатку.

Площа поперечного переріза труб визначається так,

.

Кількість трубок у секції,

По табл.25 додатку знаходимо, що при розміщенні труб по вершинам рівностороннього трикутника найближче число труб відповідне отриманому значенню n = 87 дорівнює 91. Цьому числу труб відповідає діаметр апарата D'=10s. Приймаємо крок розміщення труб на трубній плиті

s =1,4  d_з = 1,4  16 = 22 мм.

Тоді діаметр апарата D'= 10  22 = 220 мм. Внутрішній діаметр корпуса визначимо по співвідношенню

D = D' + d_з + 2  k₁ = 220 + 16 + 27 = 250 мм = 0,25 м,

де k₁ – кільцевий зазор між крайніми трубами і корпусом. Величина k ₁ приймається понад 6 мм, виходячи з конструктивних понять. Приймаємо k₁ = 7 мм.

При відомій величині внутрішнього діаметра корпуса апарата визначається живий перетин міжтрубного простору і швидкість води в ньому.

Площа живого перетину міжтрубного простору визначається по рівнянню

f_м = 0,785(D²–nd_з²) = 0,785(0,25²–910,016²) = 0,0308 м²

При середній температурі первинного теплоносія (гарячої води) t₁=125^оС по табл.20 додатку визначаємо густину ₁=939 кг/м³.

Швидкість води в міжтрубному просторі

Оскільки за даними таблиці, число труб, розміщених в одній секції дорівнює 91, а не 87, то необхідно уточнити швидкість руху вторинного теплоносія (холодної води),