Проверочный расчет
15. Определим водяные эквиваленты теплоносителей
- газов W1 = CГVГГ = 0,2530,8 = 0,6кВт/°С;
- воды W2 = СвМв = 4,192,96 =12,4 кВт/°С.
16. Отношение водяных эквивалентов: W1/W2 =0,6/12,4 = 0,048, KF/W1 =53,418,5/600 = 1,65.
Определим значение коэффициента Z по таблице 4 приложений, Z =0,75.
17. Проверка выбранных температур
Т2 = Т1 -(Т1 –t1) Z = 400-(400-5)0,75 = 104 °С ;
.
Принятые в расчете произвольные значения температур Т2 и t2 не отличаются более, чем на 20% от полученных в проверочном расчете, поэтому расчет теплообменника выполнен верно.
В тех случаях, когда принятые в расчете и полученные при проверке значения температур отличаются более, чем на 20%, расчет проводят еще раз, задавшись новыми значениями температур. Так же поступают, если длина труб теплообменника, принимаемая в п. 11, отличается от значений полученных в п. 14.
Конструктивные размеры теплообменника и его основные параметры (см. рис.)
1
.Тепловая мощность теплообменника, кВт
................186
2. Расходы теплоносителей, кг/с
- первичного (газы) ........................................................ 3
- вторичного (воды) ....................................................... 2,66
3.Температура на входе в теплообменник, °С
- первичного ТН.............................................................. 400
- вторичного ТН.............................................................. 5
4. Температура на выходе из теплообменника, °С
- первичного ТН.............................................................. 100
- вторичного ТН.............................................................. 20
5.Площадь теплообмена, м2........................................... 18,5
б.Габаритные размеры, мм............................................. 2000x600
Задание для выполнения расчетной работы.
1. Провести конструктивный тепловой расчет водо-водяного рекуперативного теплообменника для подогрева подпитывающей воды котельной установки.
2. Вычертить эскиз общего вида, указать на нём габаритные размеры теплообменника,нанести параметры теплоносителей и схему их движения.
3. Составить техническую характеристику теплообменного аппарата с указанием его конструктивных и технических параметров (тепловой нагрузки, температур и расходов теплоносителей, площади, длины, диаметра труб и их числа).
4. Расчёт провести для следующих условий:
- температура первичного теплоносителя на входе в теплообменник Т1= 95 °С;
- температура вторичного теплоносителя на входе в теплообменник t1= 5°C;
- температура вторичного теплоносителя на выходе из теплообменника t2= 50°С.
Номер варианта № |
Тепловая нагрузка теплообмен ника, Q, кBт |
Расход вторичного теплоносителя, М2 кг/с |
Номер варианта .№ |
Тепловая нагрузка теплообмен ника. Q, кBт |
Расход вторичного теплоносителя, М2, кг/с |
1 |
25 |
- |
15 |
200 |
- |
2 |
- |
2,6 |
16 |
- |
1,2 |
3 |
50 |
|
17 |
225 |
-- |
4 |
- |
2,4 |
18 |
- |
1,0 |
5 |
75 |
- |
19 |
250 |
- |
6 |
- |
2,2 |
20 |
|
0,9 |
7 |
100 |
- |
21 |
275 |
- |
8 |
- |
2,0 |
22 |
- |
0,75 |
9 |
125 |
- |
23 |
300 |
- |
10 |
- |
1,8 |
24 |
- |
0,6 |
11 |
150 |
- |
25 |
325 |
- |
12 |
- |
1,6 |
26 |
- |
0,45 |
13 |
175 |
- |
27 |
350 |
- |
14 |
- |
1,4 |
28 |
|
0,3 |
15 |
200 |
- |
29 |
375 |
- |
П Р И Л О Ж Е Н И Я
Таблица 1.
Формулы дли расчета коэффициента теплоотдачи
Режим течения |
Теплоноситель форма канала |
Расчетная формула |
1 |
2 3 |
|
|
1. Вынужденное движение |
|
1.1.Вязкостно- гравитационный. |
Горизонтальная труба |
|
Re < 3000 |
|
|
GrPr> 106 |
|
|
1.2. Вязкостно-гравитационный. |
|
|
Вертикальная |
||
Re < 3000 |
труба |
|
GrPr> 10* |
|
Движение жидкости вниз при охлаждении и вверх при нагревании |
|
|
|
|
|
0 75 0.4 М"* И |
|
|
|
|
|
|
|
|
Движение жидкости вверх при охлаждении n=0,25; вниз при нагревании n=0,11 |
|
|
|
1.3 Вязкостный |
Жидкость, |
|
Re<3000 |
труба |
|
GrPr106 |
|
|
|
|
|
1.4 Турбулентный |
Жидкость. |
|
Re> 104 |
труба |
|
|
|
|
|
|
При l/d>50 труба => E1=l, Er = = 1 |
|
|
кольцевой
зазор
|
|
|
|
|
|
|
|
|
змеевик
|
|
|
|
1.5. |
Поперечный поток в межтрубном пространстве гладких труб |
Коридорный пучек труб
|
Турбулентный |
||
6103<Re<6104 |
||
|
|
|
|
Шахматный пучок Nu=0,27СzRe1 |
|
|
|
для капельных жидкостей 1 = Pr0,3 |
|
|
для газов 1 = 1 |
(1)
(2)
(2')
(3)
(4)
El==1
(5)
2. Свободное движение |
||
103GrPr109 |
|
Nu = C(GrPr)n |
Pr = 0,1 |
|
С = 0,389; n = 0,25 |
Pr = 1 |
Вертикальные пластины и трубы |
С = 0,535; n = 0,25 |
Pr = 10 |
С = 0,616; n = 0,25 |
|
Pr = 100 |
С = 0.15; n = 0,25 |
|
109GrPr1013 |
|
С = 0,15; n = 0.33 |
10-3GrPr103 |
Горизонтальные трубы |
С = 1,18; n = 0,125 |
103GrPr108 |
С = 0,5; n = 0,25 |
|
|
Вертикальные пластины и трубы |
1. Определяют hx из уравнения |
GrPr >109 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
2.На участке пластины от 0 до hx определяют н поусловию GrPr 109 |
|
|
|
|
|
3. На участке от hx до h определяют в по условию GrPr >109 |
|
|
|
|
|
4. Определяют ср |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обозначения, принятые в таблице 1:
Индексы "ж", "с" и "о" указывают на то, что эти параметры принимаются при температуре, соответственно:
- жидкости tж=0,5(tж1+tж2), оС;
- стенки tc=t+tж, оС
- определяющей t0=0,5(tс+tж), оС,
-
поправка на участок гидродинамической
стабилизации, учитывается при:
где d, l - диаметр и длина трубопровода, м;
, - коэффициент кинематической и динамической вязкости:
= , Пас, где - плотность, кг/м3;
S1, S2, S21 - поперечный, продольный и диагональный шаг трубок, м.
В формуле 4:
d1, d2 - меньший и больший диаметр кольцевого зазора, м;
D - диаметр изгиба труб в змеевике, м.
В формулах 5, 6, 7:
Cz - поправочный коэффициент для коридорных и шахматных пучков, зависящий от числа рядов:
число рядов 2 3 5 10 20 30
для шахматных 0.75 0.85 0.9 0.97 1 1.02 Cz
для коридорных 0.83 0.9 0.93 0.97 1 1.30
Таблица 2
Физические параметры воды на кривой насыщения
Температура. t, оС |
Плотность. , кг/м3 |
Температур ный коэффициент объемного расширения. 10-4, 1/oC |
Коэффициент теплопроводности. , Вт/м оС |
Коэффициент температуропроводности а108, м2с |
Динамический коэффициент вязкости. 106, Пас |
Критерий Прандтля Pr |
Кинематический коэффициент вязкости. 106, м2/с |
0 |
999.8 |
-0.7 |
0.551 |
13.1 |
1788 |
13.7 |
1.79 |
10 |
999.6 |
0.95 |
0.574 |
13.7 |
1305 |
9.5 |
1.30 |
20 |
998.2 |
2.1 |
0.599 |
14.3 |
1004 |
7.0 |
1.00 |
30 |
995.6 |
3.0 |
0.618 |
14.9 |
801 |
5.4 |
0.80 |
40 |
992.2 |
3.9 |
0.634 |
15.3 |
653 |
4.3 |
0.66 |
50 |
988.0 |
4.6 |
0.648 |
15.7 |
549 |
3.55 |
0.56 |
60 |
983.2 |
5.3 |
0.659 |
16.1 |
470 |
3.00 |
0.48 |
70 |
978,4 |
5.8 |
0.668 |
16.4 |
406 |
2.55 |
0.41 |
80 |
971.8 |
6.3 |
0.675 |
16.6 |
355 |
2.25 |
0.37 |
90 |
965.3 |
7.0 |
0.680 |
16.7 |
315 |
195 . |
0.33 |
100 |
958.3 |
7.5 |
0.683 |
16.9 |
282 |
1.75 |
0.29 |
110 |
951.0 |
8.0 |
0.685 |
17.0 |
259 |
1.57 |
0.27 |
120 |
943.1 |
8.5 |
0.686 |
17.1 |
237 |
1.43 |
0.24 |
Таблица 3
Физические параметры сухого воздуха
Температура. t, °C |
Плотность. , кг/м3 |
Теплоемкость. С, кДж/кг°С |
Коэффициент теплопроводности. 102, Вт/м оС |
Коэффициент температуропроводности. а108, м2/с |
Динамический коэффициент вязкости. 106, Пас |
Кинематический коэффициент вязкости. 106, м2/с |
-50 |
1.532 |
1.00 |
2.05 |
13.4 |
14.53 |
9.49 |
-20 |
1.350 |
1.00 |
2.28 |
16.8 |
16.15 |
11.97 |
0 |
1.251 |
1.00 |
2.44 |
19.4 |
17.19 |
13.75 |
10 |
1.207 |
1.00 |
2.51 |
20.7 |
17.69 |
14.66 |
20 |
1.166 |
1.00 |
2.58 |
22.0 |
18.19 |
15.61 |
30 |
1.127 |
1.00 |
2.65 |
23.4 |
18.68 |
16.58 |
40 |
1.091 |
1.00 |
2.72 |
24.8 |
19.16 |
17.57 |
50 |
1.057 |
1.00 |
2.79 |
26.3 |
19.63 |
18.58 |
60 |
1.026 |
1.01 |
2.86 |
27.6 |
20.10 |
19.60 |
70 |
0.996 |
1.01 |
2.92 |
29.2 |
20.56 |
20.65 |
80 |
0.967 |
1.01 |
2.99 |
30.6 |
21.02 |
21.74 |
90 |
0.941 |
1.01 |
3.06 |
32.2 |
21.47 |
22.82 |
100 |
0.916 |
1.01 |
3.12 |
33.6 |
21.9 |
23.91 |
200 |
0.722 |
1.03 |
3.74 |
50.6 |
26.01 |
36.03 |
300 |
0.596 |
1.05 |
4.37 |
70.0 |
29.71 |
49.87 |
400 |
0.507 |
1.07 |
4.91 |
90.6 |
33.09 |
65.22 |
Таблица 4
Значения коэффициента Z в уравнениях проверочного расчёта для противотока
W1/W2 |
КF/W1 |
|||||||
0.033 |
0.1 |
0.33 |
0.50 |
1 |
2 |
3 |
|
|
0 |
0.033 |
0.10 |
0.28 |
0.39 |
0.63 |
0.86 |
0.95 |
1.00 |
0.01 |
0.033 |
0.10 |
0.28 |
0.39 |
0.63 |
0.86 |
0.95 |
1.00 |
0.05 |
0.033 |
0.10 |
0.28 |
0.39 |
0.62 |
0.86 |
0.94 |
1.00 |
0.1 |
0.033 |
0.10 |
0.28 |
0.38 |
0.61 |
0.85 |
0.94 |
1.00 |
0.2 |
0.033 |
0.10 |
0.28 |
0.38 |
0.60 |
0.83 |
0.93 |
1.00 |
0.5 |
0.033 |
0.10 |
0.26 |
0.36 |
0.57 |
0.78 |
0.89 |
1.00 |
1.0 |
0.033 |
0.10 |
0.25 |
0.34 |
0.51 |
0.68 |
0.77 |
1.00 |
2.0 |
0.033 |
0.09 |
0.23 |
0.29 |
0.39 |
0.46 |
0.49 |
0.5 |
5.0 |
0.032 |
0.08 |
0.16 |
0.18 |
0.20 |
0.20 |
0.20 |
0.2 |
10.0 |
0.028 |
0.06 |
0.10 |
0.10 |
0.10 |
0.10 |
0.10 |
0.10 |
20.0 |
0.026 |
0.04 |
0.05 |
0.05 |
0.05 |
0.05 |
0.05 |
0.05 |
50.0 |
0.016 |
0.02 |
0.02 |
0.02 |
0.02 |
0.02 |
0.02 |
0.02 |
100 |
0.01 |
0.01 |
0.01 |
0.01 |
0.01 |
0.01 |
0.01 |
0.01 |
Список литературы.
Лимитовский А.М., Меркулов М.В., Косьянов В.А. Энергообеспечение технологических потребителей геологоразведочных работ. Учебное пособие. ООО ИПЦ «Маска» М., 2008
Меркулов М.В., Косьянов В.А.Теплотехника и теплоснабжение геологоразведочных работ. Учебное пособие. Волгоград, «ИН-ФОЛИО», 2009
А.П. Жернаков, В.В. Алексеев, А.М. Лимитовский, М.В.Меркулов, Ю.В. Шевырев, В.А. Косьянов, И.А. Ивченко Экономия топливно-энергетических ресурсов при проведении геологоразведочных работ. Волгоград, «Ин-Фолио», 2011.