Гідравлічний розрахунок

Коефіцієнт тертя λ при Re = 22316,26

<42000 (20 Δ/ d_в = 20 · 0,021/0,01·10^-3 = 42000), тоді λ = 0,3164 · Re ^-0,25 = 0,3164 ·22316,26 ^-0,25 = 0,026.

Сума коефіцієнтів місцевих опорів у теплообміннику:

∑ξ = 2,5 +1+1,5+ 1+1,5+1,5 = 9.

Βςπΰςΰ ςθρκσ: Δр = (λ · + ∑ξ) ·

Δр = (0,0236 · + 9) =3556 Па

Потужність приводу насоса :

N = (m · Δр) / η · ρ,

де η – коефіцієнт корисної дії насоса, який приймаємо рівним 0,8.

N = (11,6 · 3556) / 0,8 · 989 = 52 Вт.

Розрахунок теплової ізоляції:

Q_в = А · F ·(t_із – t_п) =4285,349

Де для повітря t_п – 20 - 25, а t_із – 30 – 35

Α= 9,74 + 0,07 · (30-20) = 10,44

= 0,047 (скляна вата) , а =98 ºС

_=0,0039

Техніко-економічні показники роботи апарата

Визначаємо амортизаційні витрати

К_а = F · С_F · а,

де F – площа теплообміну;

С_F – вартість 1 м² поверхні теплообміну апарата, яка складає 2000 грн/м²;

а – річна частина амортизаційних відрахувань, яка становить 0,08%.

К_а = 41 · 2000 · 0,08 = 6577 грн/рік

Визначаємо експлуатаційні витрати

К_е = N · С_е · τ,

де N – потужність електродвигуна насоса;

С_е – вартість 1 кВт·год електроенергії, яка становить 0,4 грн/(кВт·год);

τ – кількість годин роботи теплообмінника за рік, яка складає 4000 год.

К_е = 52 · 0,4 · 4000 = 83422 грн/рік

Отже, сумарні затрати складають

К_∑ = К_а + К_е = 18338 + 993876= 89990 грн/рік

Нехай швидкість руху води в трубах w = 0,8 м/с. Обчислюємо критерій Рейнольдса Re =

Re = = 29755,01

Re >13800, тоді рух води в трубах - турбулентний.

Визначаємо кількість труб одного ходу

n₁= f₁ / (0,785 d²_в ) = m / 0,785 · d²_в · ρ· w.

Оскільки w = Re μ / d_в · ρ_, то n₁= m / ( 0,785 · d_в · Re · μ)

n₁= 11,6 /( 0,785 · 0,021 · 29755,01 · 558,4 ·10^-6 ) = 42

Визначення коефіцієнта тепловіддачі для води:

Критерій Нуссельта

Nu = 0,023 · Re^0,8 · Pr^0,4

Nu = 0,023 · 29755,01^0,8 · 3,619^0,4 = 145,9

Тоді α₂ = ( Nu · λ ) / d_в

α₂ = (145,9 · 0,640 ) / 0,021= 4446 Вт/(м² · К)

Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від водяної пари до стінки. Орієнтовно вибираємо температуру стінки з боку пари t_ст= 67 ºС. Тоді температура конденсату t_пл = 0,5 · ( t_п + t_ст)

t_пл=0,5 · (102 + 67) = 84 ºС

За цією температурою знаходимо фізичні характеристики конденсату:

густина ρ₂ =961 кг/ м³;

коефіцієнт теплопровідності λ_к = 0,676 Вт/(м·К);

коефіцієнт динамічної в`язкості μ₂ = 2963 ·10^-6 Па ·с;

теплота пароутворення r = 2265 · 10³ кДж/кг.

Висота поверхні теплопередачі : l = 1,5 м.

Тоді за рівнянням α₁ = 1,15· визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від пари до стінки.

α₁= 1,15 · = 4941,457 Вт/(м^2.К)

Коефіцієнт теплопередачі для чистої поверхні :

K = 1 / (1/α₁ + δ_ст /λ_ст + 1/α₂)

Приймаємо, що труби виготовлені з нержавіючої сталі, тоді коефіцієнт теплопровідності становить λ _ст = 17,5 Вт/(м·К), а товщина стінки δ_ст = 0,002м.

К = 1 / (1/730,023 + 0,002 /17,5 + 1/4446) = 1849 Вт/(м² · К)

Коефіцієнт теплопередачі для забрудненої поверхні за значенням коефіцієнта використання поверхні теплообміну φ = 0,8;

k = K · φ = 1849 · 0.8 = 1479 Вт/(м² · К)

Перевіряємо правильність прийнятого значення температури стінки за формулою: t_ст= t_п -( k / α₁₎ · Δt_ср

t_ст = 102 – (1479/600,219) · 53 = 66,1 ºС

Різниця між прийнятим значенням температури стінки і визначеним становить 0,8 ºС, що допускається .