ГЛАВА 3. РАСЧЕТ ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЯ

Порядок выполнения расчета. Среднеарифметическая.

температура дымовых газов 1, °С:

Из уравнения теплового баланса

1

1,

1,,

2,

2

= 0,5 ( 2,

+ 2,, ).

°С:

Находим среднеарифметическую

температуру нагреваемого воздуха

= 0,5 (

+

)

(

−

)

находим массовый расход

= 2

(

−

) =

1

p1

1,

1,,

2

p2

2,,

2,

воздуха М , кг/с:

1

p1 1, − 1,,

Число Рейнольдса для потока газов: 2

=

.

p2 2,, − 2,

Re =

1

1 1

.

α1

Коэффициент теплоотдачи от газов стенкам труб определяем из следующего выражения

, Вт/(м2 · ):

α1 = Nu1 λ11,

1

1 1.

где λ1

— коэффициент теплопроводности, Вт/(м · К);

— наружный диаметр трубы, мм.

Находим число Рейнольдса для потока воздуха:

Re =

1

2

α2 = Nu2 λ22,

где λ2

— коэффициент теплопроводности, Вт/(м ·К);

– наружный диаметр трубы, мм.

Так как рассматриваются тонкостенные трубы, т.е.

, коэффициент теплопередачи

можно определить из расчетной формулы для плоской

стенки k, Вт/(м ·К):

н/ вн < 1,5

= α1

+λδ1c +α1 Вт/м2 °С,

∆ =

−

1

c

2

≈

−

2,, −2,

1, −1,,

По

∆

находим

,,

,

прот

1

2

.

=

1, − 2,

= 2,, − 2,

.

так как

1, −2,, , средний температурный напор

.

ε = 0,98

графику1

для2

рассматриваемой схемы движения теплоносителей при

и

Общее число труб N, шт.:

=

1

4 1 .

Высота трубы в одном ходе l, м:

тр =

вн2

= π ср.

Число труб, которые расположены вдоль воздушного потока n2, шт.:

2 =

1

.

Таблица 3.1

Исходные параметры воздухоподогревателя

Параметр

Значение

Первичный («горячий») теплоноситель — продукты сгорания топлива

Массовый расход М, кг/с

5

Скорость движения теплоносителя w1, м/с

14

Температура теплоносителя на входе в теплообменник t1′, ºС

250

Температура теплоносителя на выходе из теплообменника t1″, ºС

150

Вторичный («холодный») теплоноситель — воздух

Скорость движения теплоносителя w1, м/с

6,9

Температура теплоносителя на входе в теплообменник t1′, ºС

21

Температура теплоносителя на выходе из теплообменника t1″, ºС

120

Толщина слоя сажи на поверхности труб, омываемых продуктами сгорания δсажи, мм

2

Таблица 3.2

Параметр

Значение

Коэффициент теплопроводности материала труб λ, Вт/(м · К)

46,5

Наружный диаметр dн, мм

40

Внутренний диаметр dвн, мм

37

Шаг труб S1 = S2, мм

(1,5–1,7) dн

Площадь поверхности нагрева с газовой стороны, м2

2,18

Площадь живого сечения для прохода газов, м2

0,088

Коэффициент оребрения

6,82

Высота ребра hp, м

0,075

Шаг ребра Sр, м

0,025

При этой температуре

= 0,5

(

+

) = 0,5 (250 + 150)

= 200

Находим среднеарифметическую температуру дымовых газов:

1

1,

1,,

.

дымовые газы имеют следующие параметры:

р1 = 1,097

Вт/(м · К);

λ1

ρ1= 0,

48 кг/м3;

кДж/(кг · К);

= 4,01 ∙10−2 −6 м2/м;

1 = 32,8 ∙

10 .

Pr2

= 0,67

При этой температуре

= 0,5 (

+

)

= 0,5 (21 + 120) = 70,5

Находим среднеарифметическую температуру нагреваемого воздуха:

2

2,

2,,

.

сухой воздух имеет следующие параметры:

р2

= 1,009

Вт/(м · К);

1,029 кг/м3;

λ2 = 2,96 ∙ 10−2

−6 м2/м;

2

ρ2=

кДж/(кг · К);

= 20,02 ∙ 10 .

Определяем массовый расход воздуха:

Pr2

= 0,67

= 5,5

2

=

p2 2,,

− 2,

=

1,009(120−21)

1 p1 1,

− 1,,

5∙1,097(250−150)

кг/с.

Число Рейнольдса для

= 5,5 ∙1,009 (120 − 21) = 549

Количество передаваемой теплоты:

кВт.

потоков газа:

1

=

32,8∙10−6 = 15793.

Re1

=

Коэффициент Nu = 0,021Re

Pr

1 1

14∙0,037

∙ 0,67

= 40,4.

= 0,021 ∙ 15793

Число Нуссельта и коэффициент теплопередачи от газов стенкам труб:

1

10,8

10,43

0,8

0,43

теплоотдачи от газов к стенкам труб:

α1

= Nu1 λ11

= 40,4 4,010,037∙10−2 = 43,8 Вт/(м · К).

Находим число Рейнольдса для потока воздуха:

Re2

=

2

=

20,02 ∙10−6 = 13786.

2 2

6,9∙0,04

речном потоке:

Nu = 0,41Re

20,6

Pr

20,33

ε

= 0,41 ∙ 13786−2

0,6

0,694

0,33

1 = 110,7

2

α2 =

0,04

;

Nu2

2

= 110,7

= 82

λ2

2,96∙10

= (

Вт/(м · К),

Так как применяем тонкостенные

1/ 2 < 2; ε

/ 2)

.

1

= 2

ε = 1

где при шахматном расположении труб и

6

Так как

, то

.

1,5

1

трубы, т.е.

, коэффициент теплопередачи мож-

стенки:

но определить из расчетной формулы для плоской н/ вн <

=

α11+λδcc+α12

=

481 +1,5∙1046,5−3+821

= 28,3

1

1

Вт/(м · ).

∆ =

1,, − 2,

= 150−21 = 1

Так как

1, − 2,,

250−120

, средний температурный напор будет равен:

∆прот

≈ 1

− 2

= 200 − 70,5 = 129,5

.

=

По,, графику,

для

и

=

,

,,

=

120−21

= 1

.

ε = 0,98.

1, − 2,

= 250−21

= 0,43

2,,

− 2,

2− 2

120−21

1− 1

250−150

При

рассматриваемой схемы движения теплоносителей находим

Площадь поверхности

∆ = ε∆

прот

= 0,98

∙129,5 = 126,9

нагрева воздухоподогревателя:

Площадь проходного сечения теплоносителя= ∆ = 28,3∙126, м2,9: = 152,9

1

5,49∙105

м2.

= ρ1 1

=

0,746∙14 = 0,48;

2

1

=

5

= 0,77.

= ρ2 2

1,029∙6,9

2

5,5

Общее число труб, шт.:

= тр =

π вн2

= 3,14∙0,0372 = 446

1

4 1

4∙0,48

.

Высота трубы в одном ходе, м:

=

446∙3,14∙0,0385 = 2,84.

= π ср

152,9

Число труб, которые расположены поперек воздушного потока, шт.:

1

=

( 1

− н)

=

2,84 (1,5∙0,04−0,04) = 27.

2 2

2∙0,77

Число труб, которые расположены вдоль воздушного потока, шт.:

2

=

1

= 44627 ≈ 17.

Ниже приведены расчеты, которые необходимы для построения графика изменения темпера-

= М1

1

( 1,

− 1,,)

= ∆ср

;

тур по длине труб с первичным теплоносителем:

5∙ 1,097∙103

= 250 − 35,3 .

1,,

= 1,

− М1

1

=

М1 1

= 250 −

∆ ср

∆ ср π ср

28,3∙126,9∙446 ∙3,14∙2,84

В точке 2:

1,,

= 250 − 35,3 ∙0,5 = 232,4

°С.

В точке 3:

1,,

= 250 − 35,3 ∙1,2 = 207,6

°С.

В точке 1:

,,

= 250 − 35,3 ∙2 = 179,4

В точке 4:

1,,

°С.

В точке 5:

1,,

= 250 − 35,3 ∙2,5 = 161,75

°С.

На рис. 3.2 1 = 250 − 35,3 ∙2,84 = 150

°С.

приведен график изменения температур по длине труб с первичным теплоносителем.

Определение параметров для поверхностей, загрязненных отложениями сажи. Так как мас-

совый расход теплоносителя должен оставаться постоянным,

то из формулы

= ρ

находим

скорость теплоносителя при меньшем внутреннем диаметре трубы:

1

=

12

=

(0,033)2

= 17,6

1

1

14

(0,037)

2

Число Рейнольса для потока газов:

1

2

=

17,6∙0,033

м/с.

1

.

Re1 =

1

32,8∙10−6 = 17707