 |
где dН – наружный диаметр трубки,
|
|
|
|
k – "зазор" между периферийной трубкой и диаметром корпуса (рис. 1) 
.
Принимаем для корпуса подогревателя трубу диаметром мм.
Приведенное число трубок в вертикальном ряду:
Определяем коэффициент теплоотдачи 
от пара к стенке. Температурный напор:
Средние температуры воды и стенки (для стенки значение температуры ориентировочное, впоследствии она будет пересчитана и уточнена при необходимости):
Режим течения пленки конденсата определяем по приведенной длине трубки (критерий Григулля) для горизонтального подогревателя, равной:
где m - приведенное число трубок в вертикальном ряду, шт.; 
- наружный диаметр трубок, м;
- температурный множитель, значение которого выбирается по таблице значения температурных множителей в формулах для определения коэффициентов теплоотдачи.
При 
имеем 
, тогда
,7
что меньше величины Lкр=3900 (для горизонтальных труб), следовательно, режим течения пленки ламинарный.
Для этого режима коэффициент теплоотдачи от пара к стенке на горизонтальных трубках может быть определен по преобразованной формуле Д. А. Лабунцова:
.
При по таблице находим множитель 
тогда
Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки к воде. Режим течения воды в трубках турбулентный, так как Re для ламинарного потока должен быть ≤ 2300.
где коэффициент кинематической вязкости воды (по справочнику, табл. стр.44)
, при средней температуре воды t=83,4° С.
Коэффициент теплоотдачи три турбулентном движении воды внутри трубок
где множитель 
при t=83,4° С по таблице; в данном случае 
Расчетный коэффициент теплопередачи (с учетом дополнительного теплового сопротивления dз/lз) определяем по формуле для плоской стенки 
, так как ее толщина меньше 2,5 мм:
|
|
|
Уточненное значение температуры стенки трубок
Поскольку уточненное значение tст мало отличается от принятого для предварительного расчета, то пересчета величины aп не производим (в0 противном случае если отличие в данных температурах более 3% необходимо производить пересчет методом последовательных приближений до достижения данной точности).
- уравнение теплопередачи через плоскую стенку, отсюда расчетная поверхность нагрева:
Q - производительность, Вт; К - коэффицент теплопередачи, 
;
Δt – температурный напор, ˚С;
Ориентируясь на полученную величину поверхности нагрева и на заданный в условии диаметр латунных трубок d=14/16 мм, выбираем пароводяной подогреватель горизонтального типа конструкции Я. С. Лаздана (рис. 1-24, табл. 1-23а) с поверхностью нагрева F =2,58 м2, площадью проходного сечения по воде (при z=2) fT =0,0132 м2, количеством и длиной трубок 
, числом рядов трубок по вертикали m = 8. Основные размеры подогревателя приведены в табл. 1-23 б.
Уточним скорость течения воды 
в трубках подогревателя:
Поскольку активная длина трубок l=1600 мм, длина хода воды
Определяем гидравлические потери в подогревателе. Коэффициент гидравлического трения при различных режимах течения жидкости и различной шероховатости стенок трубок можно подсчитать по формуле А. Д. Альтшуля:
где k1 - приведенная линейная шероховатость, зависящая от высоты выступов, их формы и частоты.
Принимая k1=0 (для чистых латунных трубок), формулу можно представить в более удобном для расчетов виде (для гидравлически гладких труб):
Уточняем критерий Рейнольдса Re:
Значения lT=f(Re) для гидравлически гладких труб найдем, используя табл. 1–2, по известной величине Re находим 
.
|
|
|
Потерю давления в подогревателе определяем с учетом дополнительных потерь от шероховатости в результате загрязнений латунных труб Хст=1,3, а по табл. 1–4 коэффициенты местных сопротивлений имеют следующие значения:
| x * n (кол-во гидро сопротивлений см. чертеж) | |
| Вход в камеру | 
|
| Вход в трубки | 
|
| Выход из трубок |
|
| Поворот на 180° | 
|
| Выход из камеры |
|
| Итого Sx | 9,5 |
Потеря давления в подогревателе (при условии 
)
Гидравлическое сопротивление пароводяных подогревателей по межтрубному пространству, как правило, не определяется, так как его величина вследствие небольших скоростей пара (до 10 м/сек) очень мала.
2. Расчет секционного водоводяного подогревателя
Температура сетевой воды при входе в водоводяной подогреватель 
, 
, коэффициент теплопроводности стали 
, 
).
Расходы сетевой воды в трубках и воды, нагреваемой в межтрубном пространстве:
где теплоемкость воды
, (
), 
,
,
Площадь проходного сечения трубок (при заданной в условии расчета скорости течения воды в трубках 
):
Выбираем подогреватель по МВН-2050-29(рис. 1-25. Согласно таблице 1-24а он имеет: наружный диаметр корпуса 168 мм и внутренний - 158 мм, число стальных трубок (размером 16х14 мм (т.е. dH=16 мм dB=14)) n =37 шт., площадь проходного сечения трубок fт =0,00507м2, площадь проходного сечения межтрубного пространства fмт =0,0122 м2.
Скорость воды в трубках и в межтрубном пространстве:
=6,7/(3600*0.00507)=0.37 м/с.
=16/(3600*0.0122)=0.37 м/с.
Эквивалентный диаметр для межтрубного пространства
= 
Средняя температура воды в трубках и между трубками: 
При этой температуре температурный множитель, необходимый для дальнейших расчетов (по таблице 1-1 A5T»2960);
(А5МТ» 2650).
Режим течения воды в трубках (при t1 = 110 0C, nT = 0,357*10-6 м2/с) и межтрубном пространстве (при t = 82,50C, nМТ = 0,271*10-6 м2/с) турбулентный, так как
= 
= 
Коэффициенты теплоотдачи (для турбулентного режима течения воды)
Расчетный коэффициент теплопередачи (коэффициент теплопроводности стали l=39 ккал/м ч град) определяем по формуле для плоской стенки, так как ее толщина меньше 2,5 мм:
Температурный напор:
|
|
|
0C
Поверхность нагрева подогревателя:
= 
,
Длина хода по трубкам при среднем диаметре трубок d= 0,5(dH+dB); d= 0,5∙(0,016+0,014) =0,015 м
= 
Число секций (при длине одной секции lТ= 2 м)
Z=LT / lT =11,6 / 2 = 5,8секций; принимаем 6 секций.
Уточненная поверхность нагрева подогревателя согласно технической характеристике выбранного нами аппарата составит: F/ = 3,38 
(табл. 1-24б)
F=F/ ∙Z=3,38*6»20,28 м2.
Действительная длина хода воды в трубках и межтрубном пространстве LT=2*6=12м; LMT=3,5*6=21м (при подсчете LMT расстояние между патрубками входа и выхода сетевой воды, равное 3,5 м, выбрано из конструктивных соображений).
Определяем гидравлические потери в подогревателе. Коэффициенты гидравлического трения для трубок и межтрубного пространства определяем по формуле Альтшуля.
k – коэффициент абсолютной шероховатости. Для бесшовных стальных труб изготовления высшего качества k =0,06÷0,3 мм. Выбираем k=0,3*10-3 мм:
;
- эквивалентный диаметр для межтрубного пространства.
Коэффициенты местных сопротивлений для потока воды в трубках, принимаем по таб.1-4.
| x * n(кол-во данных сопротивлений см. чертеж) | |
| Вход в трубки | 1,5 * 6=9.0 |
| Выход из трубок | 1,5 * 6=9,0 |
| Поворот в колене | 0,5 * 5=2.5 |
| Итого: | S =20,5 |
Суммарный коэффициент местных сопротивлений для потока воды в межтрубном пространстве определяется из выражения.
Отношение сечений входного и выходного патрубка
fмт/fпатр = 1.
=20,5*1*6=123.
Потери давления в подогревателе с учетом дополнительных потерь Хст от шероховатости (для загрязненных стальных труб по табл. 1-3 принимаем Хст =1,51):
= 
;3973 Па.
Потери в межтрубном пространстве подсчитываются по аналогичной формуле, но лишь в том случае, когда сумма значений коэффициентов местных сопротивлений Sxмт определена по указанной выше формуле, в противном случае расчет потерь Dpмт значительно усложняется.
Итак,
= 
3. Расчетные данные пароводяного и секционного водоводяного теплообменников
|
|
|
| Тип теплообменника | Коэффициент теплопередачи K,  ,
| Температурный напор Dt, °С | Поверхность нагрева F, м2 | Диаметр корпуса D, м | Длина корпуса L,м | Гидравлическое сопротивление Dp, м вод. ст. Па | Число ходов Z |
| Пароводяной | 3304 
| 59,5 | 2,03 | 0,254 | 3,2 | 0,122 (1197) | 2 |
| Секционный водоводяной | 849 
| 23,3 | 20,2 | 0,168 | 2,04 | 0,405 (3973) | 6 |
Вывод
Сравнение показывает, что для данных условий пароводяной теплообменник имеет те преимущества, что он более компактен и гидравлическое сопротивление его меньше.
4. Учебно-исследовательский раздел
1. Какой вид теплопередачи протекает в т.о. аппаратах.
Конвекция - явление переноса теплоты в слоях жидкостях или газах при их перемешивании. Различают свободную и вынужденную конвекцию.
В нашем случае, конвекция является вынужденной.
Вынужденная конвекция - перемешивание жидкости происходит с помощью каких-либо внешних устройств.
2.Есть или нет фазовый переход.
Фазовый переход - переход вещества из одной термодинамической фазы в другую при изменении внешних условий (температура, давление)
Так как предпочтительный т.о. аппарат у нас пароводяной, то фазовый переход есть.
3.Режим течения жидкости.
Различают ламинарный и турбулентный режимы течения жидкости. В нашем случае, это турбулентный режим т.к Re>2300.
4. Стенка внутри и снаружи: прямая, гладкая.
Уравнения для расчета:
- ур-е теплоотдачи.
- ур-е теплопроводности через плоскую стенку
- ур-е теплопередачи через плоскую стенку
- коэффициент теплопередачи.
;
Согласно исходным данным:
F= 2,58м2 - поверхностью нагрева;
∆t = 59,50С - температурный напор;
(
)
()
()
()
()
()
()
()
()
()
()
 (мм)
| 0,00 | 0,02 | 0,04 | 0,06 | 0,08 | 0,1 | 0,12 | 0,14 | 0,16 | 0,18 | 0,2 |
Q(М  )
| 5,84 | 4,39 | 3,9 | 2,4 | 1,7 | 0,75 | 0,12 | 0,1 | 0,09 | 0,08 | 0,072 |
Строим график зависимости 
:
5. Подбор критериальных уравнений для имеющих место случаев теплообмена т.о. аппаратах. Определение коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи
Критерий Нуссельта (безразмерный коэффициент теплоотдачи), характеризует теплообмен между поверхностью стенки и жидкостью (газом).
;
d - диаметр;
α- коэф. конвективной теплоотдачи, Вт/(м2*K).
Критерий Прандтля (критерий физических свойств жидкости) –характеризует физические свойства жидкости и способность распространения теплоты в жидкости. Для газов Pr=0,6 – 1,0 и зависит только от атомности, жидкости Pr = 1-2500, для жидких металлов Pr=0,005-0,05.
;
v – коэффициент кинематической вязкости среды.
При вынужденной конвекции и турбулентном режиме течения жидкости.
Пароводяной т.о. аппарат:
1. внутри трубок:
|
|
|
2.
;
;
По справочнику "справочник по теплопередачи" (стр.268 табл.XXXIX. [2]) выбираем число 
при соответствующих температурах.
Prст =1,55 при tст=113˚C;
;
3. снаружи трубок:
,
при tст = 113 
;
Найдем α.
Водоводяной т.о. аппарат:
1. внутри трубок 
;
По справочнику "справочник по теплопередачи" выбираем число при соответствующих температурах.
,
2. снаружи трубок
,
;
Найдем α.
;
Результаты расчетов:
Коэффициент теплоотдачи α  ,
| Курсовая работа, (отраслевой расчет) | По критериальным уравнениям |
| Пароводяной т.о. аппарат | ||
| 5495 | 7794 |
| 6250 | 4640 |
| К | 3304 | 1560 |
| Водоводяной т.о. аппарат | ||
|
| 2597 | 6488 |
|
| 2900 | 2527 |
| К | 849 | 1692 |
Список литературы
1. Лебедев П.Д., Щукин А.А. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий. (Курсовое проектирование). / Учеб. пособие для энергетических вузов и факультетов. – М.: Энергия, 1970 – 408 с.;
2. Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. – М.: Госэнергоиздат, 1958 – 418 с.
|
|
|
