Розрахунок величини поверхні нагрівання

Величина поверхні нагрівання визначається з загального рівняння теплопередачі

.

Елементи конструктивного розрахунку теплообмінника Довжина трубок поверхні теплообмінника

де d_сер – середній діаметр труби, м.

Визначимо діаметр вхідного, вихідного та перехідного патрубків гарячої води. Приймаючи швидкість руху води в патрубках w₁=1,5м/с, знаходимо, що,

Приймаючи швидкість руху води в патрубках w₂ = 1,5 м/с, знаходимо діаметр вхідного і вихідного патрубків холодної води,

Примітка: діаметри патрубків округляються до найближчого стандартного відповідно ДСТ на труби.

Підбір теплообмінника

Підбір теплообмінника робимо за даними, представленими у таблиці, де вказується тип підігрівника, поверхня нагрівання однієї секції, довжина труб секції та інші величини. Нашим умовам задовольняє секція теплообмінника z-13.

Характеристика теплообмінника

Характерис-тика	Довжина труб, м	Внутріш- ній діаметр корпуса, мм	Поверхня нагріван- ня однієї секції, м2	Число труб, шт	Площа живого перетину трубок, м2	Площа перетину міжтрубного простору, м2
Стандартна	32=6	259	310=30	109	0,0168	0,0308
Отримана розрахунком	6,7	250	28,8	91	0,014	0,0308

Задача № 5. Виконати тепловий розрахунок і запропонувати конструктивне компонування секцій ребристого повітропідігрівника (калорифера КФС) при таких умовах:

розташування труб в пучку	- коридорне
швидкість повітря між ребрами	- wп = 10 м/с;
діаметри труб	- dз/dвн =24/22 мм;
теплопровідність матеріалу труб	- с=58,2 Вт/(мК);
розміри квадратних ребер	- dрbр=5555 мм;
товщина ребер	- р=0,5 мм;
теплопровідність ребер	- р=58,2 Вт/(мК);
відстань між ребрами	- b=5 мм;
температура води на вході в калорифер	- t1п = 130оС;
температура води на виході з калорифера	- t1к = 70оС;
температура внутрішньої стінки труби	- tс = 80оС;
початкова температура повітря	- t2п = 10 оС;
кінцева температура повітря	- t2к = 90 оС;
витрата повітря, що підігрівається	- Gп = 2,78 кг/с.

РОЗРАХУНОК

Калорифер складається з декількох рядів ребристих труб, рис.10.3.

Гаряча вода по патрубку 1 надходить у верхню розподільну камеру 2, яка утворена трубною решіткою і верхньою кришкою, а з камери надходить всередину труб 3. Вода рухається по трубам і віддає теплоту шляхом теплопередачі через ребристу поверхню до повітря та виходить з труб у нижню розподільну камеру 4. З калорифера вода виходить по патрубку 5. Повітря, що нагрівається, поперечним потоком проходить між рядами ребристих труб і сприймає теплоту, передану водою через ребристу стінку.

Витрата теплоти на нагрівання повітря визначається за рівнянням:

Q = G_п  с_п  (t₂^к – t₂^п) = 2,781,005(90-10) = 223,5 кВт.

Тут теплоємність, як і інші фізичні характеристики повітря знаходиться по таблиці, при середній температурі повітря

t_п = 0,5(t₂^п + t₂^к) = 0,5(10+90) = 50^оС, с_п = 1,005 кДж/(кгК).

Рис. 10.3. Схема ребристого повітропідігрівника:

1,5 – патрубки; 2 - верхня розподільна камера; 3 – труби; 4 - нижня розподільна камера; 6 – каркас; 7 – трубна решітка.

Витрата гарячої води

Тут теплоємність води с₁ = 4,22 кДж/(кгК), по табл.20 додатку.

Площа живого перетину для проходу повітря визначається з рівняння нерозривності потоку;

G_п = f  w  ,

де G_п – витрата повітря, кг/с;

w – швидкість руху повітря, м/с;

 – густина повітря, кг/м³.

При t_п =50 ^оС _п =1,093 кг/м³, площа живого перетину для проходу повітря,

Приймаємо довжину труб калорифера l = 1,01 м.

Число ребер на 1 м довжини труби

де b – відстань між ребрами калорифера приймається в межах від 5 до 10 мм.

Визначаємо площу живого перетину для проходу повітря для однієї ребристої труби f_тр.п. Вона буде дорівнювати різниці між площею прямокутника (ас), в яку вписується ребриста труба, і площею по фронту (f_тр.+ f_р)=d_з c+(а - - d_з)  _р  п_р, що займають труба і ребра, рис.10.4.

Рис. 10.4. До визначення живого перетину для проходу повітря однієї трубки.

Висота прямокутника дорівнює повній висоті ребра, тобто а=55мм, а ширина с =1,01 м; товщина ребра _р = 0,005 м; d_з = 0,024 м

Тоді,

f_тр.п = f_прям. – (f_тр. + f_р) =

= 0,0551,01 – [1,010,024 + 1850,0005(0,055-0,024)] = 2,8410^-2 м².

Число труб, розташованих по фронту до напрямку руху повітря,

Приймаємо число ребристих труб, розташованих по фронту n_тр=9. Площа живого перетину для повітря при прийнятих 9 трубах,

f_п = 9  2,87  10^-2 = 0,258 м².

Уточнена швидкість руху повітря,

У калориферах швидкість руху повітря приймається в межах від 5 до 15 м/с. Швидкості руху, що рекомендуються, для води усередині трубок калорифера повинні бути в межах 0,021,00 м/с. Швидкість води в трубках варто приймати такою, щоб забезпечити, як мінімум, трирядне розташування труб. Тому приймаємо швидкість руху води w₁ = 0,09 м/с. Площа поперечного переріза труб для проходу води визначимо за рівнянням

де ₁ = 958,4 кг/м³ при t₁ = 100 ^оС по табл.20 додатку.

Загальне число труб у калорифері

Приймаємо загальну кількість труб 27 шт.

Тоді калорифер буде складатися з трьох рядів ребристих труб. У кожному ряду 9 труб. По руху води калорифер виконується одноходовим.