Тепловой расчет греющей батареи

G2=D=15 тсут=15*100024*3600=0,174 кг/с (3.1)
где D – производительность ОУ (задано), кг/с.
3.2 Давление вторичного пара (Задано), кПа
P2=31 кПа
3.3 Температура забортной воды (задано): tзв=14 ℃
3.4 Температура питательной воды, подаваемой к ОУ
tхв=tзв+4…9=14+6=20 ℃
3.5 Теплофизические характеристики вторичного пара и его конденсата при давлении P2=31 кПа по таблице II [2, с.25]
- температура пара t2=70 ℃;
- энтальпия параh2''=2626 кДж/(кг*К);
- теплота парообразования пара r2=2334 кДж/(кг*К);
- удельный объем вторичного пара υ2''=5,07 м/кг;
- энтальпия конденсата h2'=292,4 кДж/(кг*К).
- коэффициент кинематической вязкости вторичного пара ν2''=0,57*10-4 м2/с;
- плотность вторичного пара ρ2''=0,197 кг/м3.
3.6 Теплофизические характеристики греющего пара и его конденсата при давлении P1=105 кПа по таблице II [2, с.25] и по таблице VI [2, с.119]
- температура пара t1=121 ℃;
- энтальпия параh1''= 2708 кДж/(кг*К);
- теплота парообразования пара r1=2200 кДж/(кг*К);
- коэффициент кинематической вязкости пара ν1''=11,2*10-6 м2/с;
- плотность пара ρ1''=1,155 кг/м3;
- энтальпия конденсата h1'=508,1 кДж/(кг*К).
- критерий Прандтля конденсата Pr1'=1,44 ;
- коэффициент теплопроводности конденсата λ1'=0,684*10-3 кВт/(м*К);
- плотность конденсатаρ1'=942,3 кг/м3;
- коэффициент динамической вязкости конденсата μ1'=232,1*10-6 м/с.
3.7 Коэффициент подачи питательной воды принят равным m=3.
3.8 Температура питательной воды после конденсатора (на входе в греющую батарею), ℃
tпв=tхв+4…9=20+7=27 ℃
3.9 Средняя температура, ℃
tm=0,5*tпв+t2=0,5*27+70 =48,5 ℃
3.10 Теплоемкость питательной воды, кДж/(кг*К)
cпв=4,18 кДж/(кг*К)
3.11 Количество теплоты для подогрева и испарения питательной воды, кДж/кг
q2=r2+m*cпв*t2-tпв=2334+3*4,18*70-27==2873,2 кДж/кг (3.2)
где r2 – удельная теплота парообразования вторичного пара, кДж/кг;
cпв – удельная теплоемкость питательной воды, кДж/(кг*℃);
tпв – температура питательной воды, поступающей в греющую батарею, °С;
t2 – температура вторичного пара, °С.
3.12 Расход теплоты на получение заданной производительности, кВт
Q2=1,02*q2*G2=1,02*2873,2*0,174=509,9 кВт (3.3)
где G2 – расход вторичного пара, кг/с.
3.13 Расход питательной воды, кг/с
Gпв=m*D= 3*15=45 тсут = 0,521 кг/с (3.4)
3.14 Количество рассола, кг/с
Wр=Gпв-G2=0,521-0,174=0,347 кг/с (3.5)
3.15 Расход греющего пара, кг/с
G1=Q2(h1''-h1')=509,92708-508,1=0,23 кг/с = 0,83 т/ч (3.6)
где h1'',h1' - энтальпия греющего пара и его конденсата, кДж/кг.
3.16 Наружный и внутренний диаметр трубок греющей батареи (задано) d1=16 мм , d2=13 мм.
3.17.Скорость греющего пара в трубе принято w1=50 м/с.
3.18 Длина греющей батареи (длина трубы) принято конструктивно L=1,5 м.
3.19 Коэффициент теплоотдачи конденсации греющего пара (первый вариант), кВтм2*К
α10=3,4+0,1*w1*31,86L=3,4+0,1*50*31,861,5=4,2кВтм2*К (3.7)
3.20 Число Рейнольдса для греющего пара
Re1=w1*d1ν1''=50*0,01611,2*10-6 =71428 (3.8)
где d1 – наружный диаметр трубок греющей батареи, м;
ν1'' - коэффициент кинематической вязкости греющего пара, м2/с.
3.21 Массовая скорость пара и конденсата, кг/(м2*с)
w'=w1*ρ1''=50*1,155=57,8 кг/(м2*с) (3.9)
где ρ1'' - плотность греющего пара, кг/м3.
w''=w'=57,8 кг/(м2*с)
3.22 Число труб греющей батареи, шт
N=4*G1(π*ρ1''*d12*w1)=4*0,833,14*1,155*0,0162*50=72 шт

. (3.10)
3.23 Критерий Нуссельта при конденсации греющего пара при Re12*104
Nu1=0,026*Pr1'0,333*d1μ1'*w''ρ1'ρ1''0,5+w'0,8==0,026*1,440,333**0,016232,1*10-6*57,8942,31,1550,5+57,80,8=334,6 (3.11)
где Pr1' - критерий Прандтля для конденсата греющего пара;
μ1' - коэффициент динамической вязкости конденсата греющего пара, Па*с;
ρ1' - плотность конденсата греющего пара, кг/м3.
3.24 Коэффициент теплоотдачи при конденсации греющего пара (второй вариант), кВт/(м2*К)
α11=Nu1*λ1'd1=334,6*0,684*10-30,016 14,3 кВт/(м2*К) (3.12)
3.25 Коэффициент теплоотдачи при конденсации греющего пара, кВт/(м2*К)
α1=0,5*α10+α11=0,5*4,2+14,3=9,3 кВт/(м2*К) (3.13)
3.26 Теплофизические характеристики морской воды при температуре t2= 70 ℃ [3]:
- коэффициент теплопроводности λ2'= 0,599*10-3 кВт/(м⋅К);
- изобарная теплоемкость cр2'=3,86 кДж/(кг⋅К);
- температурный коэффициент объемного расширения β2'= 5,81*10-4 К-1;
- коэффициент кинематической вязкостиν2'= 1,02*10-6 м2/с;
- плотностьρ2'= 980 кг/м3;
- коэффициент поверхностного натяжения σ2= 0,066 Н/м;
- критерий ПрандтляPr2=2,57 .
3.27 Плотность вторичного пара, кг/м3
ρ2''=1υ2''=15,07=0,197 кг/м3
3.28 Решаем совместно критериальные уравнения начала парообразования и определяем температурный напор начала парообразования
αнпσ2g*(ρ2'-ρ2'')λ2'==0,0014*cр2'*ρ2'*Δtнпr2*ρ2''0,6*P2σ2*g*ρ2'-ρ2''0,75 (3.14)
αск*d2λ2'=0,54*g*β2'*Δtск*d23ν2'2*Pr2'0,25 (3.15)
где αнп - коэффициент теплоотдачи начала пузырькового кипения, кВт/(м2К);
αск - коэффициент теплоотдачи при свободной конвекции, кВт/(м2К);
σ2 - коэффициент поверхностного натяжения морской воды, Н/м;
ρ2' - плотность морской воды, кг/м3;
ρ2'' - плотность вторичного пара, кг/м3;
r2 - удельная теплота парообразования вторичного пара, кДж/кг;
cр2' - удельная изобарная теплоемкость морской воды, кДж/(кг⋅К);
λ2' - коэффициент теплопроводности морской воды, кВт/(м⋅К);
β2' - температурный коэффициент объемного расширения морской воды, К-1;
ν2' - коэффициент кинематической вязкости, м2/с;
Pr2' - критерий Прандтля морской воды;
Δtнп - температурный напор начала пузырькового кипения;
Δtск - температурный напор свободной конвекции.
αнп0,0669,8*(980-0,197)0,599*10-3=0,0014*3,86*980*Δtнп2334*0,1970,6*31*1030,066*9,8*(980-0,197)0,75
αнп=0,235*Δtнп0,6
αск*0,0160,599*10-3=0,54*9,8*5,81*10-4*Δtск*0,0163(1,02*10-6)2*2,570,25
αск=0,313*Δtск0,25
Совместное решение критериальных уравнений при условии Δtнп=Δtск и αнп=αск позволяет определить величину температурного напора начала пузырькового кипения
Δtнп=2,3 ℃
3.29 Коэффициент теплоотдачи пузырькового кипения, кВт/(м2*К)
αнп=0,235*Δtнп0,6=0,235*2,30,6=0,387кВтм2*К (3.16)
3.30 Тепловой поток начала пузырькового кипения, кВт/м2
qнп=αнп*Δtнп=0,387*2,3=0,89 кВт/м2 (3.17)
3.31 Коэффициент
A=αнпqнп0,7=0,387/0,890,7=0,42 (3.18)
3.32 Коэффициент теплопроводности металла стенки трубки испарителя (в качестве металла выбран мельхиор) λм= 0,04 кВт/(м⋅К).
Расчет поверхности греющей батареи произведен в таблице 3.1.
Таблица 3.1 – Расчет поверхности греющей батареи
Наименование Формула Тепловой поток q, кВт/м2
200 240 260 280
Коэффициент теплопередачи, кВт/(м2*К) α=A*q0,7
17,14 19,47 20,59 21,69
Коэффициент В (таблица 3.4 [4]) 2,23
Коэффициент m (таблица 3.4 [4]) -0,1
Коэффициент k=B*qm
1,31 1,29 1,28 1,27
Коэффициент теплоотдачи для пучка труб, кВт/(м2*К) α2=k*α
22,45 25,12 26,36 27,55
Коэффициент теплопередачи, кВт/(м2*К) K=11α1+δλм+1α2
5,28 5,41 5,41 5,51
Температурный напор, К
Δt=t1-t2
51
Площадь теплообмена, м2
F1=Q2(K*Δt)
1,89 1,85 1,83 1,81
Площадь теплообмена, м2
F2=Q2q
2,55 2,12 1,96 1,82
Построим графики зависимостей F1=f(q) и F2=f(q) по точке пересечения кривых определяем действительный тепловой поток q и площадь теплообмена F