Рассчитать однопакетный пластинчатый теплообменник для системы горячего водоснабжения ЦТП, если известны параметры: нагрузка на ГВС – Q, кВт; температуры греющей воды на входе и выходе теплообменника соответственно t1', t1",оС, нагреваемой – t2', t2", оС. Принять равное число параллельных каналов в пакете для греющего и нагреваемого теплоносителей.
Термические сопротивления слоев загрязнений с двух сторон стенки Rз1=5,37∙10-4 м2оС/Вт, Rз2= 5,37∙10-4 м2оС/Вт.
Таблица 2.1- Значение параметров для расчета теплообменника
Последняя цифра шифра зачетной книжки Теплопроизводительность аппарата, кВт Температуры теплоносителей,0С
горячего холодного
t1'
t1"
t2'
t2"
0 1570 140 90 20 60
1 1550 130 80 20 70
2 1500 135 85 15 60
3 1450 125 70 15 62
4 1400 120 70 25 70
5 1350 120 80 20 60
6 1300 110 70 25 65
7 1600 140 80 30 65
8 1550 130 75 35 70
9 1500 135 85 25 70
Исходные данные
Q = 1600 кВт
t1'=140 С
t1" = 80 С
t2' = 30 С
t2" = 65 С
Решение
1. По средним температурам теплоносителей из приложения 1 выписываем значение их плотностей, кг/м3, ρ1 и ρ2; коэффициентов кинематической вязкости, м2/с ν1 и ν2; коэффициентов теплопроводности, Вт/моС, λ1 и λ2; критериев Прандтля, Pr1 и Pr2; удельных изобарных теплоемкостей, кДж/кгоС, ср1 и ср2.
ρ1 = 951 кг/м3
ρ2 = 989,1 кг/м3
ν1 = 0,272*10-6 м2/с
ν2 = 0,582*10-6 м2/с
λ1 = 0,685 Вт/(м К)
λ2 = 0,645 Вт/(м К)
Pr1 = 1,6
Pr2 = 3,73
Prст = 2,25
ср1 = 4,233 кДж/(кг К)
ср2 = 4,174 кДж/(кг К)
2. Рассчитываем массовые расходы теплоносителей, кг/с:
G1=Qcp1t1'-t1"=16004,233*(140-80)=6,3 кг/с
G2=Qcp2t2"-t2'= 16004,174*(65-30)=10,95 кг/с
Объемный расход теплоносителей
V1=G1w1= 6,3951=0,0066 м3/с
V2=G2w2= 10,95989,1=0,01107 м3/с
По максимальному расходу выбираем тип пластин по приложению 2.
Рекомендации при выборе пластин:
Наиболее целесообразно применение теплообменников РС 0,5Пр, поскольку эти теплообменники надежно работают при рабочем давлении до 1,6 МПа. Пластины попарно сварены по контуру образуя блок. Между двумя сваренными пластинами имеется закрытый (сварной) канал для теплофикационной воды. Разборные каналы допускают давление в них до 1 МПа.
Теплообменники типа Р 0,3р могут применяться в системах теплоснабжения при отсутствии теплообменников типа РС 0,5Пр и параметрах теплоносителей до 1,0 МПа, до 150єС и перепаде давлений между теплоносителями не более 0,5 МПа.
Применение теплообменников типа Р 0,6р (титан) в системах теплоснабжения ограничено и допустимо только при отсутствии теплообменников РС 0,5Пр и Р 0,3р при параметрах теплоносителей не более 0,6 МПа до 150 С и перепаде давлений теплоносителей не более 0,3 МПа.
3. Выписываем технические характеристики пластин: площадь поперечного сечения канала, м2, fк; смачиваемый периметр в поперечном сечении канала, м, Р; приведенная длина канала, l; площадь поверхности теплообмена пластины, м2, fпл; толщина стенки пластины, м, δст.
fк = 0,00285 м2
Р = 1,27
l = 0,8
fпл = 0,5 м2
δст = 0,001 м
4. Рассчитываем эквивалентный диаметр сечения канала:
dэ=4∙fкР= 4*0,002851,27=0,00897 м
5
. Определяем число каналов в пакете:
m=G1ω1∙ρ1∙fк= 6,30,12*951*0,00285=19,37
Принимаем m = 20
где ω1=0,10,299⋅160+3*t1ср⋅Δtср⋅Δt1+Δt2=0,10,299⋅160+3*110⋅61,65⋅75+50=0,85 м/с
Полученная скорость для пластинчатого теплообменника слишком велика, поэтому принимаем рекомендуемую скорость теплоносителя ω1=0,12 м/с.
6. Определяем скорость второго теплоносителя:
ω2=G2ρ2∙fк∙m-1= 10,95989,1*0,00285*(20-1)=0,2 м/с
7. Рассчитываем коэффициент теплопередачи теплообменного аппарата:
k=11α1+δcтλст+Rз+1α2
где α1 и α2 – коэффициенты теплоотдачи, соответственно на границах «горячий теплоноситель- стенка» и «стенка- холодный теплоноситель», Вт/м2оС; δст и λст – толщина, м, и коэффициент теплопроводности, Вт/моС, стенки; суммарное термическое сопротивление слоев загрязнений, м2оС/Вт.
Критерий Нуссельта, Nu, находим из критериального уравнения. Для этого определяем режим движения теплоносителей, сравнивая расчетное значение числа Рейнольдса (Re) с критическим. Расчетное значение Re:
Re1=ω1dэν1=0,12*0,008970.272*10-6=3957
Re2=ω2dэν2=0,2*0,008970,582*10-6=3082
Течение жидкости имеет турбулентный характер, поскольку Re=2620>50.
В соответствии с режимом движения выбираем значения коэффициентов критериального уравнения, с=0,135, n=0,73, m=0,43:
Nuж=cReжn∙Prжm∙PrжPrст0,25
Nuж1= 0,135*39570,73*1,60,431,62,250,25=64
Nuж2= 0,135*30820,73*3,730,433,732,250,25=95
Коэффициенты теплоотдачи определяем расчетным путем.
α=Nuж∙λжdэ
α1=Nuж1∙λж1dэ= 64*0,6850,00897=4887Втм2К
α2=Nuж1∙λж1dэ= 95*0,6450,00897=6831Втм2К
По средней температуре стенки выбираем из приложения 3 коэффициент теплопроводности λст для материала пластин (нержавеющая сталь) λст = 18 Вт/(м С).
Коэффициент теплопередачи:
k=11α1+δcтλст+Rз+1α2= 114887+0,00118+2*0,000537+16831=675 С)
8. Рассчитываем среднелогарифмический температурный напор для противоточного движения теплоносителей:
∆tср=t1'-t2"-t1"-t2'lnt1'-t2"t1"-t2'= 140-65-(80-30)ln140-6580-30=61,65 С
9. Определяем расчетную площадь поверхности теплообмена:
Fp=Qk∙∆tср= 1600000675*61,65= 38,4 м2
Фактическая поверхность теплообмена из двух последовательных пакетов с параллельными каналами, поскольку одно пакетная схема не удовлетворяет по тепловой производительности
Fф=2*2m-1∙fпл=2*2*20-1*0,5= 39 м2
10
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
