2. Тепловой конструктивный расчет теплообменного аппарата

2.1. Исходные данные:

№ варианта	Wк,	Мв,	, 0С	, 0С	, мм		Схема движения теплоносителя
61	1,5	500	150	130		1,3	смешанный ток
62	2,0		130	110
63	3,0		120	100
64	4,0		120	100

Примечания:

1. Для всех вариантов .

2. Расположение труб в трубной доске подогревателя – по концентрическим окружностям (трубки стальные).

3. Коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду принять равным .

2.2. Расчет.

Конструктивный тепловой расчет ТОА произведем в полном объеме для варианта № 63.

2.2.1. Определим количество передаваемого тепла (теплопроизводительность аппарата) по уравнению теплового баланса:

(2.2.1)

или

,

(2.2.2)

где Q_к , Q_в – тепловой поток отданный конденсатом и воспринятый водой соответственно, ;

– коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду (задано);

М_к, М_в – расход конденсата и химически очищенной воды соответственно (задано), ;

, – температура воды на входе и выходе соответственно (задано), ^ºС;

, – температура конденсата на входе и выходе соответственно (задано), ºС;

, – средние теплоемкости с_p для конденсата и воды соответственно, которые находятся по определяющим температурам из таблицы 1 приложения [1] для средних температур:

,

.

Конденсат	110	951,0	4,233	68,5	0,272	1,6
Вода	100	958,4	4,22	68,3	0,295	1,75

Тогда

.

2.2.2. Из уравнения (2.2.2) определяем массовый расход конденсата:

.

2.2.3. Определяем общее число трубок подогревателя одного хода:

(2.2.3)

где – плотность конденсата при заданных условиях, ;

d_в – внутренний диаметр трубок, определяемый по формуле:

.

Получаем, что

Т.к. при смешенном токе ТОА двухходовой, значит общее число трубок будет равно:

По таблице 2 приложения [1] изменим число трубок до ближайшего табличного значения, в зависимости от расположения труб в трубной доске, таким образом для кольцевого расположения получаем n = 394.

2.2.4. Определяем диаметр, на котором располагаются оси крайних трубок:

,

(2.2.4)

где – определяем при n = 394 для кольцевого расположения трубок по таблице 2 приложения [1], принимаем ;

S – шаг между трубками равен:

.

Тогда

.

2.2.5. Определяем внутренний диаметр корпуса теплообменника, м:

,

где k – кольцевой зазор между крайними трубками и корпусом, который принимается из конструктивных соображений равным 0,006 м;

d_н – наружный диаметр трубок.

.

2.2.6. Определяем скорость воды:

,

(2.2.5)

где – сечение для прохода воды, определяется как разность площади сечения аппарата и площади, занятой трубками для прохода конденсата:

,

.

2.2.7. Определяем коэффициенты теплоотдачи со стороны конденсата и со стороны воды.

Вычисляем числа Рейнольдса для конденсата и воды:

, ,

(2.2.6)

где – вязкости при определяющих температурах соответственно конденсата и воды;

d_экв – эквивалентный диаметр ТОА, определяем по формуле:

,

(2.2.7)

где U – смоченный периметр, определяем по формуле:

U = .

Таким образом

.

Тогда

и

.

Определяем числа Нуссельта для конденсата и воды по таблицам «Уравнение подобия для расчета среднего безразмерного коэффициента теплоотдачи» [2]:

,	(2.2.8)
,	(2.2.9)

где Pr_к, Pr_в, Pr_ж, Pr_c – числа Прандтля соответственно для конденсата, воды и среды при температуре жидкости и при температуре стенки (определяется как средняя температура между средней температурой конденсата и средней температурой воды, т.е. при 105 ºС), находим по таблице 1 приложения [1]. Получаем:

,

.

Коэффициенты теплоотдачи находим по формулам:

,	(2.2.10)
,	(2.2.11)

где – коэффициенты теплопроводности конденсата и воды соответственно.

Таким образом:

,

.

2.2.8. Коэффициент теплопередачи применительно к водоводяному теплообменнику рассчитываем по формуле:

,

(2.2.12)

где – соответственно толщина трубки и слоя загрязнений (находим по таблице 2 [1]);

– соответственно коэффициент теплопроводности металла и слоя загрязнения в случае применения химически очищенной воды (находим по таблице 2 [1]).

Тогда

.

2.2.9. Определяем средний температурный напор в аппарате, ºС:

L, м

Рис.1 – Распределение температур по длине ТОА.

,

(2.2.13)

где – соответственно больший и меньший температурный напоры. Из рисунка видно: .

.

2.2.10. Определяем поверхность нагрева теплообменника:

,

(2.2.14)

где Q_в – из формулы (2.2.1);

k – из формулы (2.2.12);

– из формулы (2.2.13).

Получаем,

.

2.2.11. Определяем длину трубного пучка:

,

(2.2.15)

где z – число ходов воды в ТОА (задано z = 2).

Тогда

.

Исходя из полученных данных принимаем ТОА состоящий из .