Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Тепломассообменное оборудование предприятий. Лабораторный практикум.pdf
( )
0,25 2
MT 1 1 1 B1
P 0,5 C W 2,253 W
−
∆= + ρ
и
( )
2,75 3
1 1 11 1
N D C W 2,253W= +
0,25
В1
1
1,25
Э
1,2656 l
С
d
ν
=
22
Z Н В1
1
Н
0,393(0,25D n d )
D
−ρ
=
η
l
ТВ2 Э 2
Э ЦN= τ
ZT T
2
Н
V РN∆
=
η
ВН Р 2
ZT
0, 25d F W
VLZ=
Z
T
P∆
, Вт,
где
;
;
– длина теплообменных трубок в аппарате, м.
Транспорт нагреваемой воды через подогреватель
Эксплуатационные затраты на перемещение нагреваемой воды через трубный пучок подогревателя на основании
(2.2) рассчитывается по соотношению
, р./год,
где
, Вт,
, м3/с – объемный расход нагревае-
мой воды, проходящей через один ход трубного пространства
подогревателя;
– число ходов в аппарате по нагреваемой воде;
– потеря давления, Па, при движении нагреваемой
воды в трубном пространстве аппарата:
41
2
T ПР,Т 2 B 2
P 0,5 W∆= ξ ρ
B2
ρ
– плотность воды в трубном пространстве, кг/м3;
ПР,Т
ξ
ПР,Т Т М,Т
Э
l
d
ξ =ξ +ξ
∑
0,25
ПР,Т 2 2
СW H
−
ξ= +
( )
0,25 2
T 2 2 2 B2
P 0,5 C W H W
−
∆= + ρ
( )
2,75 3
2 2 22 2 P
N D C W HW F= +
0,25
В2
2
1,25
ВН
0,3164Z l
С
d
ν
=
ВН В2
2
Н
0,125d
D
lZ
ρ
=
η
H 0,875 2, 25Z= +
( )
ГОД 1 2
З f W,W=
– приведенное гидравлическое сопротивление
трубного пространства.
,
(2.13)
.
На основании (2.13) и (2.14) в итоге получим
,
,
, Вт,
где
;
.
УРАВНЕНИЕ ЦЕЛЕВОЙ ФУНКЦИИ
(2.14)
(2.15)
;
Теперь, используя формулу (2.2), после ряда алгебраических преобразований, получим в комплексной форме урав-
нение целевой функции
, р/год, (2.16):
42
( )
( )
3 2,75 3
ГОД Э 1 1 1 1
3
Э42
0,8 2,
75 1
,95
12 1 2 22 2
2,
75 0,8 3
32 2 1 1 2
2,2 3
2
2 32
0,8 0
,8
А4 11 2 2 3
З 10 Ц D C W 2,253W
10 ЦАD
ACW W ACW
A C W A HW W
A HW A HW
0,656ЦААWAWA
−
−
−
−
−−
=τ ++
+τ ×
++
×+ + + +
++
+ ++
Для определения оптимальных скоростей движения
ОПТ
1
W
ОПТ
2
W
ГОД
З
ГОД
1
ГОД
2
З
0
W
З
0
W
∂
=
∂
∂
=
∂
0,25 2 2
В1 В1 Z Н
1
1,25
ЭН
1,368 l(0,25D n d )
К
d
νρ −
=
η
воды в подогревателе
и
(2.16)
по минимуму годовых
приведенных затрат
необходимо решить систему урав-
нений
.
В комплексной форме уравнения системы (2.17) будут
иметь следующий вид:
4
3
2
)
1,75
K W + K W - K W + K W + K W = 0.
1
1
2
2 1
(
2,75
3
2 5
Ниже приводится расшифровка комплексов в уравнении (2.18):
43
(2.17)
-1,8
1
(2.18)
,
22
Z Н В1
2
Н
2,6563(0,25D n d )
К
−ρ
=
η
0,25
В2 В2
3
0,25
Н ВН
0,36 0,2 0,8 0,25
Н Э В1 СТ
0,36 0,68
В1 В1
0,03164Q
К
td
47,619d d Pr
S Pr
νρ
= ×
∆η
ν
×+
λ
( )
0,36 0,2 0,8 0,25
Н Э В1 СТ
ВН В2
4
0,36 0,68
В1 В1
Н
47,619d d Pr
0.1Qd
К 0,000072
S Pr
t lZ
ν
ρ
= +×
λ
∆η
×
0,875 2,+25Z ,
0,36 0,2 0,8 0,25
Н Э В1 СТ
А
5
0,36 0,68
В1 В1
Э
47,619d d Pr
525ЦQ
К 0,000072
S Pr
Цt
ν
= +
λ
τ∆
0,8 1,75 0,95 1,75 0,8 2
61 2 72 82 91 2
1,8 2 1,8
10 2 11 2 12 2
KWW KW KW KWW
KW KW KW 0
−−
−
+++ +
+ +− =
0,36 0,2 0,8 0,25
0,25
Н Э В1 СТ
в2
6
1,25 0
,36 0,68
ВН В1 В1
47,619d d Pr
0,87Z l
К 0,000072
d S Pr
ν
ν
= +
λ
0,2 0,8 0,25
0,25
ВН В 2 СТ
В2
7
1,25 0,68
ВН В2 В2
47,619d Pr
0,617Z l
К 0,000072
d Pr
ν
ν
= +
λ
,
0,000072,
и
(2.19)
.
Ниже приводится расшифровка комплексов в уравнении (2.19):
,
,
44
0,25
СТ В2
8
1,25
СТ ВН
0,87 Z l
К
d
δν
=
λ
,
( )
9
0,36 0,2 0,8 0,25
Н Э В1 СТ
0,36 0,68
В1 В1
К 3 0,875 2,25Z
47,619d d Pr
0,000072
S Pr
=⋅+ ×
ν
×+
λ
( )
10
0,2 0,8 0,25
ВН В 2 СТ
0,68
В2 В2
К 2, 2 0,875 2, 25Z
47,619d Pr
0,000072
Pr
= +×
ν
×+
λ
СТ
11
СТ
0,2 0,8 0,25
ВН В 2 СТ
0,68
В2 В2
3
К (0,875 2,25Z)
47,619d Pr
0,000072
Pr
δ
= +×
λ
ν
×+
λ
3
АН
12
Э ВН В2
4,2 10 Ц lZ
К
Цd
⋅η
=
τρ
0
F
Z
n
,
,
,
.
ПРОГРАММА ОПТИМИЗИРУЮЩЕГО РАСЧЕТА
ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ВОДОВОДЯНОГО
ПОДОГРЕВАТЕЛЯ
Алгоритм расчета горизонтального водоводяного подогревателя построен следующим образом.
После ввода в память ЭЦВМ исходных данных задается начальное значение площади поверхности теплообмена
подогревателя
, что позволяет предварительно вычислить
число теплообменных труб в одном ходе межтрубного пространства
; внутренний диаметр корпуса аппарата D и эк-
45
вивалентный диаметр одного хода в межтрубном пространст-
Э
d
0
СТ
t
СТ
Pr
t∆
1 12
K ...K
0
1
W
0
2
W
1
W
2
W
( )
ГОД 1 2
З f W,W=
ОПТ
1
W
ОПТ
2
W
В1
α
В2
α
Р
СТ
t
0
СТ
t
СТ
Pr
Н
d6+
ве
. Затем следует предварительное определение темпера-
туры стенки теплообменной трубы
, теплофизических
свойств и чисел Прандтля для греющей и нагреваемой воды, а
также вычисление
. После определения среднелогариф-
мической разности температур между теплоносителями
вычисляются значения всех комплексов
в уравнениях
системы (2.16) и выбираются начальные значения скоростей во-
ды
и
.
Следующий блок алгоритма решает задачу поиска оптимальных значений скоростей движения воды в межтрубном
и трубном пространствах подогревателя, обеспечивая выполнение условия равенства нулю первых частных производных
по
и
от целевой функции
. Решение
системы уравнений (2.16) осуществляется способом бисекции
в комбинации с методом перебора вариантов.
По найденным значениям
коэффициенты теплоотдачи
и
и
вычисляются
и, с учетом двухсто-
роннего загрязнения поверхности теплообмена, общий коэффициент теплопередачи в подогревателе. Затем вычисляется
температура стенки теплообменной трубы
и проводится
сопоставление ее величины с ранее принятым значением
Если совпадения с заданной точностью нет, то за начальное
значение температуры стенки принимается полученная конечная расчетная величина и весь цикл повторяется, начиная с
вычисления
ных трубах обеспечивается выбором числа ходов в трубном
пространстве аппарата и числом труб в каждом ходе, а в межтрубном пространстве – изменением шага трубок S. Если
расчетный шаг трубок меньше
.
.
Оптимальная скорость движения воды в теплообмен-
мм, то при данных ус-
46
ловиях получить оптимальную конструкцию аппарата не
ОПТ ОПТ
12
W ,W
СТ
t , l,S
представляется возможным. В противоположном случае организуется итеративный цикл по величине шага до тех пор, пока с заданной точностью не будут согласованы между собой
оптимальные скорости
, а также
.
На основе описанного алгоритма разработана для ПК
программа расчета оптимального варианта горизонтального
водоводяного подогревателя. Программа позволяет провести
и сохранить результаты расчетов для пяти вариантов изменения одного из входных параметров.
Во вкладке «Расчет» содержатся исходные данные для
программы (рис. 4).
Вкладка «Результат» содержит результаты предыдущих пяти вариантов расчетов, аналогично результатам расчетов в лабораторной работе № 1 (рис. 3).
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
По стенду в лаборатории рассмотреть устройство горизонтального водоводяного подогревателя типа ХВ-790. Изучить конструкцию его корпуса, межтрубного пространства,
трубного пучка, торцевых водяных камер, штуцеров для подвода греющей и нагреваемой воды, дренажных и продувочных
патрубков, устройств для подключения измерительных приборов (особое внимание уделить компоновке трубного пучка).
Ознакомиться с гидравлической схемой движения воды в
трубном и межтрубном пространстве и водяных камерах аппарата. Используя справочную литературу рассмотреть возможные материалы для изготовления основных деталей аппарата.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
изучить конструкции кожухотрубных ТОА, основы оптимиза-
1. Согласно теоретическому и практическому заданию
47
ции, состав и работу программы для оптимизационного расчета ТОА ХВ-790.
2. По данным табл. 5 подготовить исходные данные для
расчета на ПК оптимального варианта подогревателя для нормального режима работы. По программе произвести на ПК
тепловой расчет подогревателя для номинальных условий его
работы.
Рис. 4. Вкладка «Расчет»
48
Сравнить полученные расчетные значения площади
1
W
2
W
Р
F
год
З
( )
Р1
Ff= ϕ
( )
ОПТ
12
Wf= ϕ
( )
ОПТ
23
Wf= ϕ
поверхности теплообмена с фактической. Научно объяснить
причины расхождения этих величин.
3. Получить у преподавателя наименование и диапазон
изменения конкретного внешнего фактора ϕ, влияющего на
оптимальные параметры подогревателя, шаг изменения заданной величины.
По программе произвести на ПК расчеты по определе-
нию влияния изменения конкретного внешнего фактора ϕ на
величину оптимальных скоростей движения греющей и нагреваемой воды,
и
, м/с, и величину оптимальной площа-
ди поверхности теплообмена, F, м2. Научно объяснить полученные зависимости.
Замечание: если в рассматриваемом диапазоне измене-
ния фактора ϕ абсолютное значение оптимальной скорости,
площади поверхности теплообмена и годовых приведенных
затрат изменяется не более чем на 10 % то их следует считать
не зависящими от фактора ϕ.
ОТЧЕТ О РАБОТЕ
догревателя в номинальном режиме. Результаты сравнения
расчетных результатов с фактическими.
чета по влиянию заданного внешнего фактораϕ на
симости от ϕ.
Отчет по работе должен содержать:
1. Название и цель работы.
2. Таблицу исходных данных.
3. Таблицу результатов оптимизирующего расчета по-
4. Таблицу исходных данных и листинг результатов рас-
5. Графики функций
и
,
.
с пояснениями поведения этих функций в зави-
49
,
Таблица 5
Состав исходных данных
Параметр
Обо-
значе-
ние
Значение
1
2
3
Начальная температура греющей во-
'
В1
t
T1
Конечная температура греющей во-
"
В1
t
Т2
Начальная температура нагреваемой
'
В2
t
TН1
Конечная температура нагреваемой
"
В2
t
TН2
Удельная стоимость теплообменного
А
Ц
CA
Стоимость 1 кВт⋅ч электроэнергии
Э
Ц
CE
Число ходов в аппарате по нагреваемой воде;
Z
4
TAU
Длина теплообменных трубок в аппарате, l, м;
LH
1,7
Расход греющей воды через подогре-
1
G
G1
Расход нагреваемой воды через по-
2
G
G2
Наружный диаметр теплообменной
Н
d
DH
0,02
ды,
ды,
воды,
воды,
аппарата,
, оС;
, оС;
, оС;
, оС;
р./м2;
для привода насосов подачи греющей и нагреваемой воды в аппарат,
, р./(кВт⋅ч);
Число часов работы аппарата в год, τ ,
ч/год;
ватель,
догреватель,
трубы,
, кг/с;
, кг/с;
, м;
50