2.1. Утилізація теплоти низькопотенційних енергоресурсів

_{Температура повітря на виході з апарата при ефективності теплообмінника}

, (12)

, °С, (13)

де – початкова й кінцева температура повітря, °С;

– початкова температура води, °С.

_{Середня температура повітря:}

, °С. (14)

Теплова потужність:

, Вт, (15)

де – витрата повітря, кг/с;

Температура теплоносія, що гріє (води) на виході з апарата

°С, (16)

де – витрата води, кг/с;

Потужність, що витрачається на прокачування води по трубах із внутрішнім діаметром d₂ і довжиною L:

(17)

^{де η – ККД насоса;} ; ^{∆Р − гідравлічний опір}. Приймаємо, що режим руху води турбулентний. Тоді _{коефіцієнт опору для гідравлічно гладких труб і швидкість води усередині труб дорівнює:}

м/с. (18)

_{Число Рейнольдса для води:}

(19)

_{Число Нусельта при турбулентному русі води в трубі:}

(20)

_{Коефіцієнт тепловіддачі з боку води:}

Вт/(м²·К), (21)

– теплопровідність води, Вт/(м·К).

Число Рейнольдса для повітря:

(22)

Число Нуссельта:

₍₂₃₎

Коефіцієнт тепловіддачі з боку повітря:

Вт/(м²·К) (24)

Ефективність оребріння:

_{ефективна висота круглого ребра:}

м (25)

_{комплекс:}

(26)

ефективність одиночного ребра:

(27)

Коефіцієнт теплопередачі, віднесений до внутрішньої поверхні труб:

Вт/(м²·К) (28)

Логарифмічний температурний напір між теплоносіями:

°С (29)

_де , ^{– виправлення на вид відносного руху теплоносіїв} _{(для перехресного струму) при:}

і

_{Поверхня теплообміну:}

м² (30)

_{Середні температури теплоносіїв:}

°С; °С (31)

Крок між поперечними перегородками в міжтрубному просторі:

м, (32)

де m – число перегородок у міжтрубному просторі.

Швидкість води в трубах:

м/с (33)

де n ^{- число труб.}

Число Рейнольдса для води:

(34)

_{Число Нусельта при турбулентному русі:}

(35)

_{Коефіцієнт тепловіддачі з боку води:}

Вт/(м²·К) (36)

Число трубок у середньому перетині кожуха теплообмінника:

, (37)

де D₀ – внутрішній діаметр, м; S₁ – крок між трубками, м.

_{Живий перетин по міжтрубному простору дорівнює:}

м² (38)

Швидкість мастила в міжтрубному просторі:

м/с (39)

Поправка на число рядів труб по ходу теплоносія в міжтрубному просторі:

(40)

^{Число Нуссельта:}

(41)

Коефіцієнт тепловіддачі з боку гарячого теплоносія:

Вт/(м²·К) (42)

Коефіцієнт теплопередачі, віднесений до внутрішньої поверхні трубок:

Вт/(м²·К) (43)

Теплові еквіваленти теплоносіїв:

Вт/К; Вт/К, (44)

де

_{Число одиниць переносу:}

(45)

Ефективність теплообмінника (при числі ходів більше трьох у протитечійно-перехресному апараті можна використовувати залежність для чистої протитечії):

(46)

Температура гарячого й холодного теплоносіїв на виході з апарата:

°С (47)

°С. (48)

Теплова потужність апарата без обліку втрат теплоти в навколишнє середовище:

Вт (49)

_{з урахуванням теплових втрат у теплообміннику (звичайно до 3 %):}

Вт (50)

_{з урахуванням теплових втрат при транспорті нагрітої води (5 %) і в установці комбінованого виробництва теплоти й холоду (3 %):}

Вт (51)

Ступінь утилізації теплоти турбінного масла (максимально можлива кількість утилізаційної теплоти при працюючій турбіні визначається діапазоном зміни температури масла в її системах змащення й регулювання).

(52)

_{Середня температура стінки:}

(53)

Даній температурі відповідає коефіцієнт динамічної в'язкості:

Па·с (54)

Коефіцієнт опору по міжтрубному простору знаходимо за рівнянням:

(55)

Гідравлічний опір по міжтрубному простору з m числом перегородок і, отже, з (m + 1) числом ходів по міжтрубному простору:

Па (56)

Коефіцієнт опору по водяному тракту при турбулентному режимі течії усередині гідравлічно гладкої труби:

(57)

_{Гідравлічний опір по водяному тракту:}

Па. (58)

Завдання 8. Визначити необхідну площу поверхні нагрівання теплообмінного апарата типу водоповітряного рекуператора для забезпечення ступеня утилізації теплоти стічних вод, рівного 0,8. Стічна вода використовується для попереднього нагрівання дуттьового (припливного) повітря. Поверхня нагрівання виконана у вигляді коридорного пучка труб з оребрінням. Зовнішній діаметр труб d=12 мм; товщина стінки труби δ=1 мм; робоча довжина L = 5,2 м; діаметр круглих ребер D = 23 мм; товщина ребра δ_р = 0,3 мм; ступінь оребріння ψ = 8,2; гідравлічний діаметр d_э = 4,7 мм. Теплопровідність матеріалу ребра λ= 116 Вт/м·К. Вода рухається по трубах, повітря – у міжтрубному просторі. Число ходів гріючого теплоносія z = 5. Термічним опором стінки й гідравлічним опором при повороті води в трубах знехтувати. Потужність, затрачувана на прокачування води по трубах, не повинна перевищувати 60 Вт.

Швидкість повітря прийняти рівною 5 м/с. Початкова температура води t₂^’=49 °C, повітря – t₁^’=6 °C; витрата води G₂=0,65 кг/с, повітря - G₁=0,3 кг/с.