Требуется определить:
Передаваемый тепловой поток Q, Вт.
Геометрические размеры аппарата:
Внутренний диаметр труб (d1, d3), наружный диаметр внутренней трубы (d2), длину труб (ℓ), площадь теплообменной поверхности (F).
Температуру греющего теплоносителя на выходе из т/о аппарата t1II.
Вычертить схему теплообменного аппарата с указанием основных размеров.
Схематично показать расположение отдельных секций т/о аппарата в горизонтальных и вертикальных рядах (количество n1 и n2, где n1 – количество секций в одном ряду, n2 – количество секций). Принять длину одной секции ℓ 1 в диапазоне 1 – 3 м.
Таблица 1 Размеры труб по ГОСТ 8734 – 78
Толщина стенки, мм Наружный диаметр, мм
1,0 16; 17; 18; 19; 20; 21; 22; 23; 24; 25; 26; 27; 28; 30; 32;
36; 38
2,0 40; 50; 56; 60
2,5 80; 100
3,0 130
4,0 150; 170; 180; 200; 220; 240
Таблица 2 Исходные данные для теплового расчета теплообменного аппарата
Исходные данные Первая цифра номера варианта
0
Греющий теплоноситель Вода
Нагреваемый теплоноситель Воздух
Материал труб Латунь
Греющий теплоноситель движется По внутренней трубе
Схема движения теплоносителей Прямоток
Таблица 3
Исходные данные Вторая цифра номера - 5
Расход греющего теплоносителя G1кг/с 10,5
Начальная температура греющего теплоносителя t/1°С 140
Расход нагреваемого теплоносителя G2, кг/с 3
Начальная температура нагреваемого теплоносителя t/2, °С 15
Конечная температура нагреваемого теплоносителя
t//2°С 45
Решение
Определяем тепловой поток:
Q=G2∙Cp2∙t"2-t'2=3,0∙1005∙45-15=90450 кВт
где
Cp2=Cp15+Cp452=1005+10052=1005 кДж/(кг∙К)
При средней температуре воздуха
t2=15+452=30 ℃
определяем теплофизические параметры воздуха:
ρ2=1,165 кг/м3;
λ2=2,67*102 Вт/(м·К);
=0,716·10-6м2/с;
Pr2=0,701
Определяем температуру выхода горячего теплоносителя
t"1=t'1-QG1∙Cp,
где ср1 =4,287 кДж/(кг·К) при t=140 0C, принимаем в первом приближении.
t"1=140-90,4510,5∙4,287=137,9 ℃
Средняя температура греющего теплоносителя в первом приближении:
t1=140+137,92=138,9 ℃
уточняем изобарную теплоемкость греющего теплоносителя:
ср1 =4,27 кДж/(кг·К)
уточняем температуру выхода греющего теплоносителя:
t"1=140-90,4510,5∙4,277=137,9 ℃
Определяем среднюю температуру греющего теплоносителя:
t1=140+137,92=138,9 ℃
Определяем теплофизические свойства воды при его средней температуре 138,9 0С:
ρ1=928,2 кг/м3;
λ1=68,6 Вт/(м·К);
=0,22·10-6м2/с;
Pr1=1,28
Задаемся расчетной скоростью движения воды.
w1=1,0м/с
Тогда расчетный внутренний диаметр трубопровода, по которому протекает вода:
d1В(р)=4G1π∙w1∙ρ1=4∙10,53,14∙1,0∙928,2=0,120 м=120 мм
Принимаем ближайший по сортаменту латунный трубопровод:
- наружный диаметр d1= 130 мм;
- толщина стенки δ=3 мм;
- внутренний диаметр d1B =d1-2δ=130-2·3=124 мм.
Тогда фактическая скорость движения воды в трубопроводе:
w1=4∙G1π∙d1В2∙ρ1=4∙10,53,14∙0,1242∙928,2=0,937 м/с
Задаемся расчетной скоростью воздуха:
w2=1,0м/с
Расчетная площадь поперечного живого сечения потока воды:
s2(p)=G2w2∙ρ2=3,01,0∙1,165=2,747 м2
Тогда расчетный внутренний диаметр трубопровода, по которому проходит воздух
d2=d12+4s2π=0,122+4∙2,7473,14=0,18 м=180 мм
Принимаем ближайший по сортаменту латунный трубопровод с наружным диаметром
d2=180 мм х 3мм, тогда внутренний диаметр составляет d2B=240 мм
Тогда фактическая скорость движения воздуха в трубопроводе:
w2=4∙G2π∙(d22-d12)∙ρ2=4∙3,03,14∙(0,1872-0,122)∙1,165=15,8 м/с
Определим режим движения воды:
Re1=w1∙d1Вν1=0,937∙0,1242,2∙10-6=528242
Коэффициент теплоотдачи в трубном пространстве αтр находится из соотношения
где Re, Pr, Gr – числа подобия теплоносителя, движущегося в теплообменных трубах ТА, при средней арифметической температуре потока; Prс - число Прандтля теплоносителя, движущегося в теплообменных трубах ТА, при средней температуре стенки труб; тр – коэффициент теплопроводности теплоносителя, движущегося в теплообменных трубах ТА; dн , ст – наружный диаметр и толщина стенки теплообменных труб.
При Re1=528242 коэффициенты равны: С=40; j=0;y=0,45; i=0
Определим в первом приближении температуру стенки со стороны греющего теплоносителя, как среднюю температуру теплоносителей:
tcm(1)=0,5∙t1+t2=0,5∙138+30=84,4 ℃
По температуре tcm(1)=84,4 ℃ определим в первом приближении критерий Прандтля: Prcm(1)=1,83
Определяем коэффициент теплоотдачи:
α11=30∙Pr10.43∙(Pr1Prc)0.25∙λтрdн-2∙δcm
α11=30∙1,280.43∙1,281,830.250,12280,095=39,43 Вт/(м∙К)
Определим режим движения воздуха:
Re2=w2∙dЭν2=w2∙(d2-d1)ν2=15,8∙(0,187-0,120)0,716∙10-6=1489535
при температуре tcm(1)=84,4 ℃ определим в первом приближении критерий Прандтля: Prcm2(1)=0,692
Критерий Нуссельта определяем по формуле:
Nu2=0,021∙Re20.8∙Pr20.43∙(Pr2Prcm2)0.25=0,021∙14895350.8∙0,7010,43∙0,7010,6920.25=1569,3
Коэффициент теплоотдачи от стенки трубопровода к воздуху:
α2=λ2∙Nu2d2-d1=267∙15690,187-0,12=6208110 Вт/(м∙К)
Определим отношение диаметров:
β=d1d1В=0,1300,124=1,05
Так как β<1,5, то определим коэффициент теплопередачи, как для плоской стенки (первое приближение):
k(1)=11α1(1)+δcmλcm+1α2=1139,43+0,002597+16208110=39,39 Вт/(м∙К)
где λ=97 Вт/(м·К) – коэффициент теплопроводности латуни.
Определим больший и меньший температурные напоры на выходе и входе из аппарата (рис
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
