17.5.2.3.5. Сравнение частного и универсального методов одноступенчатого

поверочного теплового расчёта.

Сравнение проводится на примерах поверочного теплового расчёта теплообменных поверхностей с различными схемами тока сред.

Пример 3. Одноступенчатый поверочный тепловой

расчёт воздухоподогревателя котельного агрегата.

Исходные данные. Расчёт проводится при исходных данных примера 1.

Дано: Воздухоподогреватель трубчатый, трубы стальные диаметром 43/40 мм, размещены в шахматном порядке. Площадь его теплопередающей поверхности F=2 000 м²; 5 000 м²; 500 000 м². Требуется нагреть воздух с массовым расходом G_в=22,18 кг/сек дымовыми газами с массовым расходом G_о=26,3 кг/сек. Дымовые газы движутся внутри труб, то есть отдельными струями, без смешения. Воздух омывает трубы снаружи. Он по ходу своего движения смешивается в каждом поперечном сечении. Начальная температура воздуха (температура на входе в воздухоподогреватель) t_вн=20°С, начальная температура дымовых газов t_он=340°С. Теплоёмкость воздуха с _в=1,01кДж/(кг·К), дымовых газов – с_о=1,03 кДж/(кг·К). Коэффициенты теплоотдачи со стороны воздуха α_в=76,4 Вт/(м²·К), со стороны дымовых газов α_о=32 Вт/(м²·К), коэффициент теплопередачи k=22,4 Вт/(м²·К). Для упрощения расчёта принимаем, что значения этих коэффициентов не зависят от схемы тока сред и что η_по=1, η_пв =1. нет потерь (притоков) теплоты

Цель расчёта: Оцениваются режимы работы воздухоподогревателя с различными схемами тока сред: противоток (индекс противоточности р=1, схема 1), прямоток (р=0, схема 8), однократный перекрёстный ток (р=0,595, схема 6), двукратный перекрёстный ток (р=0,9, схема 3), трёхкратный перекрёстный ток (р=0,97, схема 2), реверсивный однонаправленный ток, 2 противоточных хода (р=0,7, схема 4), реверсивный однонаправленный ток, 2 прямоточных хода (р=0,18, схема 7), 2–х ходовый смешанный ток (р=0,5, схема 5).

Значения индексов противоточности р взяты из табл. 1.

При заданной площади теплопередающей поверхности F воздухоподогревателя требуется проследить и проанализировать характер изменения значений конечных температур сред t_ок и t_вк, тепловой мощности воздухоподогревателя Q и других основных показателей воздухоподогревателя при использовании различных схем тока сред, упомянутых выше.

Результаты расчёта. Одноступенчатый поверочный тепловой расчёт проведен для некоторых схем тока сред (где это возможно) по частному методу, для всех схем – по универсальному методу Г. Е. Каневца. Последовательность и содержание расчёта по универсальному методу показаны на рис. 3 (распечатка программы расчёта с помощью пакета MathCAD).

Результаты расчёта сведены в табл. 3.

П о результатам расчёта можно сделать следующие выводы:

1. При изменении значения индекса противоточности р от 1 до 0, то–есть при переходе от противоточной схемы к прямоточной, тепловая мощность воздухоподогревателя Q убывает при площади теплопередающей поверхности воздухоподогревателя F=2000 м² – на 1232 м² или на 24%, при F=5000 м² – на 2434 м² или на 38%. При изменении р от 1 до 0.5, то–есть при переходе от противоточной схемы к двухходовой схеме смешанного тока, Q убывает при F=5000 м² – на 1784 м² или на 28%, при F=500 000 м² (то–есть при увеличении F в 100 раз) – на 2581 м² или на 36%. Таким образом, при одинаковом уменьшении р с ростом F темп уменьшения Q возрастает. Следовательно, бóльшая экономии F достигается при меньших значениях Q.

2. При р=1 с ростом F от 2000 до 5000, то–есть в 2.5 раза, Q увеличивается на 1213 м² или на 26%. При р=1 с ростом F от 2000 до 500 000, то–есть в 250 раз, Q увеличивается на 2115 м² или всего на 42%.

При р=0.5 с ростом F от 2000 до 5000, то–есть в 2.5 раза, Q увеличивается всего на 283 м² или на 6.6%. При р=0.5 с ростом F от 2000 до 500 000, то–есть в 250 раз, Q увеличивается всего на 288 м² или всего на 6.7%. Таким образом, в области сверхбольших F темп увеличения Q снижается в сотни раз.

3. При F=2000 м² удельная тепловая мощность воздухоподогревателя Q_F = Q/F в диапазоне р от 1 до 0 находится в пределах 2.527 – 1.911, при F=5000 м² – в пределах 1.273 – 0.785, при F=500 000 м² при р от 1 до 0.5 – в пределах 0.01434– 0.00918. Таким образом, в области сверхбольших F темп уменьшения Q_F возрастает в сотни раз. Например, при р = 0.5 с ростом F от 2000 до 500 000, то–есть в 250 раз, Q_F уменьшается в 234.3 раза.

Таблица 3. Исследование зависимости значений конечных температур сред t_ок и t_вк, тепловой мощности воздухоподогревателя Q и других основных показателей воздухоподогревателя котельного агрегата от схем тока сред в воздухоподогревателе

Схема тока	р	tвк, °С	tок, °С	Q, кВт	z	E		Емакс		N
F=2000 м2
1	1	245.59	153.44	5054	0.2092		0.583		0.82697		0.70497
2	0.97	243.02	155.57	4996	0.4346		0.576		0.75647		0.76187
3	0.9	237.36	160.25	4869	0.7263		0.562		0.68131		0.82445
4	0.7	223.39	171.80	4556	1.223		0.526		0.58277		0.90194
5	0,595	217.13	177.98	4416	1.415		0.509		0.55181		0.92319
6	0.5	211.96	181.25	4300	1.569		0.496		0.52933		0.93721
7	0.18	197.37	193.32	3973	2.003		0.458		0.47486		0.96528
8	0	190,62	198,90	3822	2.209		0.441		0.45265		0.97410
F=5000 м2
1	1	304.20	104.94	6367	0.2092		0.735		0.82697		0.88824
2	0.97	294.77	112.78	6155	0.4346		0.710		0.75647		0.93866
3	0.9	276.99	127.47	5757	0.7263		0.664		0.68131		0.97480
4	0.7	244.48	154.36	5029	1.223		0.580		0.58277		0.99545
5	0,595	233.05	163.82	4773	1.415		0.551		0.55181		0.99775
6	0.5	224.57	170.83	4583	1.569		0.529		0.52933		0.99874
7	0.18	203.71	188.08	4115	2.003		0.475		0.47486		0.99976
8	0	195,13	195,17	3923	2.209		0.443		0.45265		0.99989
F=500 000 м2
1	1	340	75.37	7169	0.2092	0.827		0.82697		1
2	0.97	312.7	97.93	6557	0.4346	0.757		0.75647		1
3	0.9	283.6	122.0	5906	0.7263	0681		0.68131		1
5	0,595	233.53	163.42	4783	1.415	0.552		0.55181		1
6	0.5	224.82	170.62	4588	1.569	0.529		0.52933		1
Схема тока	р	tвк, °С	tок, °С	Q, кВт	z	E		Емакс		N
F=2000 м2
1	1	245.59	153.44	5054	0.2092		0.583		0.82697		0.70497
2	0.97	243.02	155.57	4996	0.4346		0.576		0.75647		0.76187
3	0.9	237.36	160.25	4869	0.7263		0.562		0.68131		0.82445
4	0.7	223.39	171.80	4556	1.223		0.526		0.58277		0.90194
5	0,595	217.13	177.98	4416	1.415		0.509		0.55181		0.92319
6	0.5	211.96	181.25	4300	1.569		0.496		0.52933		0.93721
7	0.18	197.37	193.32	3973	2.003		0.458		0.47486		0.96528
8	0	190,62	198,90	3822	2.209		0.441		0.45265		0.97410
F=5000 м2
1	1	304.20	104.94	6367	0.2092		0.735		0.82697		0.88824
2	0.97	294.77	112.78	6155	0.4346		0.710		0.75647		0.93866
3	0.9	276.99	127.47	5757	0.7263		0.664		0.68131		0.97480
4	0.7	244.48	154.36	5029	1.223		0.580		0.58277		0.99545
5	0,595	233.05	163.82	4773	1.415		0.551		0.55181		0.99775
6	0.5	224.57	170.83	4583	1.569		0.529		0.52933		0.99874
7	0.18	203.71	188.08	4115	2.003		0.475		0.47486		0.99976
8	0	195,13	195,17	3923	2.209		0.443		0.45265		0.99989
F=500 000 м2
1	1	340	75.37	7169	0.2092	0.827		0.82697		1
2	0.97	312.7	97.93	6557	0.4346	0.757		0.75647		1
3	0.9	283.6	122.0	5906	0.7263	0681		0.68131		1
5	0,595	233.53	163.42	4783	1.415	0.552		0.55181		1
6	0.5	224.82	170.62	4588	1.569	0.529		0.52933		1

4. При F=500 000 м² и схемах тока сред, характеризующихся индексом противоточности р<0.5, расчёт прекращается из–за достижения е^sz граничного значения.

Отсюда следует главный вывод: увеличение Q путём роста F является экономически очень невыгодным. Роста Q следует достигать путём интенсификации процесса теплопередачи за счет применения более эффективных схем тока сред, увеличения скорости сред и, соответственно, роста коэффициентов теплоотдачи и коэффициента теплопередачи.