Определить основные размеры (поверхность нагрева, число и длину трубок диаметр кожуха) и подобрать по каталогу вертикальный бойлер для приготовления горячей воды. Расход нагреваемой воды =40. Температура воды: начальная =10ºC, конечная =60ºC, нагревающим агентом является насыщенный водяной пар с давлением Р=3 ата.
Примечание:
1. Начертить схему вертикального бойлера.
2. Принять режим движения в трубках - турбулентный.
3. Расчет коэффициента теплопередачи вести методом построения нагрузочной характеристики или методом последовательных приближений.
4. Длиной трубок можно предварительно задаться, а затем ее уточнить. Если длина труб получается больше стандартной, то рассчитывается многоходовой теплообменник.
Решение
Согласно заданию, нагрев воды в бойлере осуществляется насыщенным водяным паром при давлении 3 ата, что соответствует его температуре 132,90С [1, c. 549, табл. LVII].
Принимаем противоточную схему движения теплоносителей в бойлере и определяем разность температур на входе и выходе аппарата:
Водяной пар: 132,9→132,9
Вода: 60←10
∆tм=72,90С, ∆tб=122,90С
Рассчитываем среднюю движущую силу процесса теплообмена:
∆tcp=∆tб-∆tмln∆tб∆tм=122,9-72,9ln122,972,9=95,70С.
Потери теплоты в окружающую среду примем в размере 5% от полезной теплоты.
Составим уравнение теплового баланса. Часть теплоты от пара переходит через стенку кожуха в окружающую среду.
Qпар=Qсм+Qп
Тепловая нагрузка в теплообменном аппарате:
Q=Qв
Gпар∙rпар=Gв∙Cв∙tв.к-tв.н+Qп
Gпар∙rпар=1,05∙Gв∙Cв∙tв.к-tв.н
Удельная теплота конденсации пара с давлением 3 ата составляет 2171 кДж/кг [1, c. 549, табл. LVII].
Удельная теплоемкость воды при средней температуре потока равной (10+60)/2=350С равна 4180 Дж/(кг·К) [1, c. 537, табл. ХХХIX].
Плотность воды при средней температуре потока 350С равна 993,5 кг/м3 [1, c. 512, табл. IV].
Массовый расход воды в теплообменнике:
Gв=Vв∙ρв=40∙993,53600=11,04 кг/с
Определим тепловую нагрузку теплообменного аппарата:
Q=11,04∙4180∙60-10=2307360 Вт
Определим расход греющего пара:
Gпар=1,05∙23073602171000=1,12 кг/с
Зададимся ориентировочным значением коэффициента теплопередачи от конденсирующегося водяного пара к воде Кор=1200 Вт/(м2∙К) [1, c. 172, табл. 4.8].
Тогда ориентировочная поверхность теплопередачи составит:
Fop=QKop∙∆tcp=23073601200∙95,7= 20 м2
Зададимся критерием Рейнольдса, значение которого будет соответствовать турбулентному режиму движения теплоносителя по трубам диаметром 25х2 мм
. И при этом значении критерия Рейнольдса определим скорость движения теплоносителя по трубам. Примем Re=20000.
Динамический коэффициент вязкости воды при 350С составляет 0,7225·10-3 Па∙с [1, c. 514, табл. VI].
Тогда скорость потока в трубах составит:
w=Re∙μвdвн∙ρв=20000∙0,00072250,021∙993,5=0,69 м/с
Число труб на один ход составит:
nx=Gвρв∙π∙dвн24∙w=11,04993,5∙3,14∙0,02124∙0,69=46,52
На основании выполненных расчетов выберем двухходовой теплообменный аппарат типа ТН, имеющий следующие параметры [1, c. 215, табл. 4.12]:
диаметр кожуха – 0,4 м;
общее число труб - 100 шт.;
число труб на один ход - 50 шт.;
поверхность теплообмена – 24 м2;
длина труб – 3,0 м.
Уточненная скорость движения потока по трубам и режим движения потока:
wуточн=Gвρв∙π∙dвн24∙nx=11,04993,5∙3,14∙0,02124∙50=0,64 м/с
Reист=0,64∙0,021∙993,50,0007225=18481,16
Режим движения потока по трубам турбулентный.
Коэффициент теплоотдачи для пара, конденсирующегося на наружной поверхности пучка вертикальных труб, рассчитываем по формуле:
∝пар=2,04∙εt∙4λ3∙ρ2∙rμ∙∆t∙Н,
где εt-поправочная функция, учитывающая физические свойства конденсирующейся среды, для конденсирующегося водяного пара функция равна 1;
λ-коэффициент теплопроводности конденсата при температуре конденсации, λ=0,686 Вт/(м·К) при 132,90С [1, c. 537, табл. ХХХIX];
ρ-плотность конденсата при температуре конденсации, ρ=932,39 кг/м3 [1, c. 537, табл. ХХХIX];
r-удельная теплота конденсации пара, r=2171000 Дж/кг;
g-ускорение свободного падения, g=9,81 м/с2;
μ-динамический коэффициент вязкости конденсата при температуре конденсации, μ=207,36·10-6 Па·с [1, c
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
