Для охлаждения газа (метан СН), поступающего в газопровод после нагнетателя, на компрессорных станциях имеются аппараты воздушного охлаждения (АВОг), состоящие из нескольких секций. Длина одной секции 12 м, а ширина 6 м. Газ, имеющий давление Р, бар, движется по трубам из нержавеющей стали (l=14,4 Вт/мК). Газ входит в секцию АВОг с температурой t , а на выходе его температура t. Расход газа V (при нормальных физических условиях). Внутренний диаметр труб d= 21 мм, наружный d=25 мм. Снаружи трубы оребрены. Ребра поперечные круглые постоянного поперечного сечения. Диаметр оребрения D = 56 мм, толщина ребра d = 0,5 мм (рис.1), расстояние между ребрами b = 2 мм. На одной трубе 4800 ребер.
Трубы располагаются в шахматном порядке поперечный и продольный шаги одинаковые и равны 65 мм. Количество рядов труб по ходу потока воздуха 6, количество труб в ряду 89 (всего параллельно включено N= 534трубы). С помощь двух вентиляторов поток воздуха поперечно обтекает пучок труб. Температура воздуха на входе t. Расход воздуха в расчете на один вентилятор V (при нормальных физических условиях). Атмосферное давление 740 мм рт ст.
Определить коэффициент оребрения, площадь поверхности теплообмена, температуру воздуха на выходе из АВОг, тепловой поток, передаваемый через поверхность теплообмена, коэффициент теплоотдачи от метана к внутренней поверхности трубы, коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности пучка труб к воздуху, среднеинтегральный температурный напор.
Определить также коэффициент теплоотдачи от пучка неоребренных труб и сравнить его с таковым для оребренных труб.
Дано:
l=12 м
a=6 м
λ=14,4Втм*К
d1=0,021 м
d2=0,025 м
D=0,056 м
δ=0,0005 м
b=0,002 м
z=4800
S1=S2=0,065 м
N=534
P0=740 мм.рт.ст.
Вариант Р, бар t1', ℃
t1'', ℃
t2', ℃
V1, м3/с
V2, м3/с
10 56 28 17 13 58 99
Решение
1) Средняя температура метана
tсрCH4=28+172=22,5 ℃=295,5 К
2) Средняя температура воздуха, примем t2''=17 °С
tсрвоздух=17+132=15,0 ℃
3) Высота ребра
h=D-d22 =0,056-0,0252=0,0155 м
4) Площадь неоребрённой поверхности
F=πd2l=3,14*0,025*12=0,942 м2
5) Площадь боковой поверхности рёбер
FΣp=πD24-πd224*Z*2=3,14*0,05624-3,14*0,02524*4800*2==18,92 м2
6) Площадь межрёберной поверхности
Fмр=F-πd2δz=0,942-3,14*0,025*0,0005*4800=0,7536 м2
7) Площадь ребристой стенки
Fрс=FΣp+Fмр=18,92+0,7536=19,7 м2
8) Коэффициент оребрения
n=FрсF=19,70,942=20,9
9) Площадь поверхности теплообмена
Fтеплообмена=Fрс*N=19,7*534=10507,2 м2
10) Теплофизические свойства метана при tсрCH4=295,5 К
cp1=2219Джкг*К
ρ1=0,668кгм3
11) Теплофизические свойства воздуха при tсрвоздух=15 ℃
cp2=1005Джкг*К
ρ2=1,199кгм3
12) Из уравнения теплового баланса выражаем температуру воздуха на выходе t2''
Q=cp1ρ1V1t1'-t1''=2cp2ρ2V2t2''-t2'
2 – два вентилятора
t2''=t2'+cp1ρ1V1t1'-t1''2cp2ρ2V2=13+2219*0,668*58*28-172*1005*1,199*99=17,0 ℃
13) Тепловой поток
Q=cp1ρ1V1t1'-t1''=2219*0,668*58*28-17=945702 Вт
14) Площадь внутренней поверхности труб
F1=πd124*N=3,14*0,02124*534=0,185 м2
15) Для определения скорости течения метана нужно привести объем метана заданный в нормальных условиях t0=0 °C P0=1 бар к рабочим условиям tраб=22,5 °C Pраб=56 бар.
V1раб=V1P0PрабTрабT0=58*156*295,5273=1,12м3с
16) Скорость течения метана
w1=V1F1=1,120,185=6,06мс
17) Динамическая вязкость метана при tсрCH4=295,5 К
μ1=10,92*10-6м2с
18) Плотность метана при рабочем давлении и температуре.
ρ1раб=ρ1PрабP0T0 Tраб=0,668*561*273295,5=34,56кгсм3
19) Кинематическая вязкость метана при рабочем давлении и температуре
ν1= μ1ρ1раб=10,92*10-634,56=3,16*10-7м2с
20) Число Рейнольдса для метана
Re1=w1d1ν1=313,7*0,0213,16*10-7=403043>104=>турбулентный режим
21) Коэффициент теплоотдачи от метана к внутренней поверхности трубы
α1=0,023Re1-0,2cp1ρ1w1=0,023*403043-0,2*2219*34,56*6,06==809,4Втм2*К
22) Определяющий геометрический размер
dэ=FмрFрсd2+FΣpFрс0,785D2-d22==0,753619,7*0,025+18,919,70,785*0,0562-0,0252=0,044 м
23) Кинематическая вязкость воздуха при tсрвоздух=20,5 ℃
ν2=15,06*10-6м2с
24) Площадь узкого сечения трубного пучка
fузк=1-d21+2hδbd2S2*la-d2l+hδz*6*2==1-0,025*1+2*0,0155*0,00050,002*0,0250,065**12*6-0,025*12+0,0155*0,0005*4800*6*2=35,35 м2
6 – трубы по ходу потока воздуха
2 – сечение ребра с левой и правой сторон трубы
25) Скорость воздуха в узком сечении
w2=2*V2fузк=2*9935,35=5,6мс
2 – два вентилятора
26) Число Рейнольдса для воздуха
Re2=w2dэν2=5,6*0,04415,06*10-6=16234
27) Число Нуссельта
Nu2=0,36S1-d2S2-d20,1n-0,5Re2mPr0,33==0,36*0,065-0,0250,065-0,0250,120,9-0,5*162340,74*0,7130,33=93,98
Где m=0,6n0,07=0,6*20,90,07=0,74
Pr=0,713 – число Прандтля для воздуха при tсрвоздух=20,5 ℃
28) Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности пучка оребрённых труб к воздуху
α2=Nu2λ2dэ=93,98*0,02570,044=55,33Втм2*К
Где λ2=0,0257Втм*К – теплопроводность воздуха при tсрвоздух=20,5 ℃
29) Поправка на перекрёстный ток теплоносителей
εΔt=ψP,R=0,9
Где R=t1'-t1''t2''-t2'=28-1717,0-13=2,6 P=t2''-t2't1'-t2'=17,0-1328-13=0,28
30) Среднеинтегральный температурный напор
Δt=ΔtпротεΔt=6,92*0,9=6,23
Где Δtпрот=Δtб-ΔtмlnΔtбΔtм=10,8-4ln10,84=6,92
Где Δtб=t1'-t2''=28-17,0=11 ℃ Δtм=t1''-t2'=17-13=4 ℃
31) Площадь узкого сечения трубного пучка без оребрения
fузк'=1-d2S2*la-d2l=1-0,0250,065*12*6-0,025*12=44,1 м2
32) Скорость воздуха в узком сечении без оребрения
w2'=2*V2fузк'=2*9944,1=4,5мс
2 – два вентилятора
33) Число Рейнольдса для воздуха, без оребрения
Re2'=w2'dэν2=4,5*0,04415,06*10-6=13007
34) Число Нуссельта без оребрения
Nu2'=0,36S1-d2S2-d20,1n-0,5Re2'mPr0,33==0,36*0,065-0,0250,065-0,0250,120,9-0,5*130070,74*0,7130,33=79,7
Где m=0,6n0,07=0,6*20,90,07=0,74
Pr=0,703 – число Прандтля для воздуха при tсрвоздух=20,5 ℃
35) Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности пучка оребрённых труб к воздуху
α2'=Nu2'λ2dэ=79,7*0,02570,044=46,9Втм2*К
Где λ2=0,0257Втм*К – теплопроводность воздуха при tсрвоздух=20,5 ℃
36) Отношение коэффициента теплопередачи от пучка оребрённых труб к пучку неоребрённых труб
α2α2' =55,346,9=1,18
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
