Пример расчёта теплообменника
1. Составим уравнение теплового баланса:
Q=Gг∙Срг∙ (tнг-tкг)=Gв ∙Cрв ∙ (tвк-tвн)=K∙ F∙ ∆tср
2.Количество теплоты
Q=Gг∙Срг∙ (tнг-tкг),
где G г =V∙ρг - расход газа;
С - удельная теплоемкость газа;
t нг - температура входящего газа;
t кг - температура выходящего газа.
3.Расход воды из уравнения теплового баланса
Gв=Q/Cрв ∙ (tвк-tвн),
где - Cрв - удельная изобарная теплоёмкость воды, кДж/(кг К);
tвк -температура воды на выходе, °C ;
t вн - температура воды на входе, °С .
4.Поверхность теплообмена, м2
F=Q/K ∙∆tср,
где - К - коэффициент теплопередачи, Вт/ (м2∙К):
К=1/(1/αв dв)+(1/λ∙(lndн/de))+il/αн∙dн),
где - α - коэффициент теплоотдачи от ядра потока, движущейся среды к стенке:
α в =450 Вт/ (м 2∙К); α н =2500 Вт/ (м2∙К);
λ - коэффициент теплопроводности, λ =90 Вт/ (м2 ∙К);
d н - наружный диаметр трубки, м;
d в - внутренний диаметр трубки, м;
Средний температурный напор, °С :
∆tср=∆tб - ∆tм /ln∆tб/∆tм .
Из рисунка В.1 определяем ∆tб = tнг- tвк : ∆tм = tкг- tвн.
Рисунок B.l-График распределения температур по поверхности теплообмена
Из опыта известно, что при шахматном расположении трубок коэффициент заполнения равен
ηз =S1/Smp ,
где – S1 - площадь, занимаемая трубным пучком.
Тогда ηз=π∙ dн2n/(π D2/4); ηз =dн2∙n/D2,
отсюда n=D2∙ ηз/dн2 - количество трубок.
При большой поверхности теплообмена принимаем два теплообменника диаметром
D=1m.
Длина теплообменника
l=F/π∙dн∙n
1.5 D<1<3.5D,
ширина крышки:
H=0.3D, м.
Общая длина теплообменника:
L = (2Н+1) м.
ПриложениеД
4.1 Методика расчета осадительной камеры.
4.1.1 По дисперсному и фракционному составу пыли разработчик ПГУ учитывает, что диаметр(dп) частиц соответствует скорости в осадительной камере не менее 0,1 м/с.
4.1.2 Определяется величина критерия Архимеда:
Ar = ((dп3 * г2 * g) / г2 )*((п - г )/ г (4.1)
4.1.3 По величине Ar определяют область, в которой происходит осаждение, и вычисляют число Рейнольдса:
При Ar 36 Rе = Ar/18; (4.1а)
При 36<Ar<8300 Rе = 0,152 Ar0,715; (4.2)
При Ar>8300 Rе = 1,74 Ar . (4.3)
4.1.4 Вычисляют теоретическую скорость осаждения шарообразной частицы:
При Ar 36 ос= dп2 * g * (п - r)/ 18 r, (м/с); (4.4)
При 36<Ar<8300 ос = 0,78*(dп0,43(п - г)0,715/ г0,285 * r 0,43).
При Ar>8300 ос = 5,46 * d п * (п - г)/г.
Проверка скорости ос выполняется по формуле : ос = Re* r / d п *г
4.1.5 Опытным путем установлено, что снижение скорости осаждения частиц составляет: для округлой формы 0 = 0,87; для угловатых частиц у = 0,77; для продолговатых частиц пр = 0,68; для пластинчатых частиц пл. = 0,58;
Доля (m) различных форм частиц, учитывающихся в процессе осаждения, задается в таблице 4.1 (по вариантам).
Таблица 4.1
Форма частиц |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
0,1 |
0,4 |
0,3 |
0,2 |
0,1 |
0,4 |
0,3 |
0,2 |
0,1 |
0,4 |
у |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,2 |
0,1 |
0,3 |
0,1 |
пр |
0,3 |
0,2 |
0,1 |
0,3 |
0,4 |
0,1 |
0,1 |
0,4 |
0,4 |
0,3 |
пл |
0,4 |
0,1 |
0,2 |
0,4 |
0,3 |
0,2 |
0,4 |
0,3 |
0,2 |
0,2 |
При неравномерном распределении частиц снижение скорости осаждения
= 0*m0+y*my+пр*mпр+пл*mпл. (4.5)
4.1.6 Фактическая скорость осаждения частиц
тос = ос * (м/с). (4.6)
4.1.7 Скорость газа в осадительных камерах не должна превышать Wг= 1.2 м/с. Оптимальная скорость газа в осадительной камере выбирается в пределах
Wг= 0,8-0,9 м/с.
4.1.8 Площадь сечения осадительной камеры, м2
S=V1/Wг. (4.7)
4.1.9 Осадительные камеры, как правило, выполняются прямоугольного сечения. Определяем Нк (см. рисунок 4.1)
Нк = 0,707 S. (м). (4.8)
Длина осадительной камеры L определяется
L=Wг*Нк/Wос (м).
Остальные параметры выбираются конструктивно.
4.1.10 Конструктивно, горизонтальная осадительная камера может быть выбрана в соответствии с рисунком 4.1, вертикальная в соответствии с рисунком 4.2.
4.1.11 Выполняются расчеты параметра (П). Для осадительных камер, в которых движение пылегазового потока осуществляется с огибанием поперечных перегородок (n)
П = 2*[nос.*НкL/Wг*S]. (4.9)
4.1.12 Определяется параметр проскока частиц (р)
P = 1 / еП. (4.10)
Определяется фракционная эффективность очистки пылеосадительной камеры
ф0 = (1 - P). (4.11)
А-А В-В
Рисунок 4.1-Схема горизонтальной осадительной камеры
А―А
А
А
Нк
2Нк
ℓ
L
Пыль
Рисунок 4.2–Схема вертикальной осадительной камеры
4.1.13 После выбора и расчета геометрических характеристик пылеосадительной камеры производится расчет потерь давления в ней. Порядок расчета следующий (рассматривается горизонтальная осадительная камера):
Определяется скорость пылегазовоздушной смеси в сечениях А-А
WА-А=V1/SА-А, м/с, (4.12)
где SА-А—площадь в сеченияи А-А. Вычисляется эквивалентный диаметр в сечениях А-А и В-В, принимая во внимание, что скорость пылегазовой смеси перед входом в пылеосадительную камеру 5 м/с.
dэ = 4S/ П, (4.13)
dэA-A = 4SA-A/ ПA-A, dэВ-В = 4SВ-В/ ПВ-В,
где - SВ-В – площадь сечения В-В. ПA-A, и ПВ-В - периметры сечений..
Определяются числа Рейнольдса в сечениях А-А и В-В
ReA-A = dэА-А*A-A*г/ г ; ReB-B = dэB-B *Wг*г/ г , (4.14)
где Wг – скорость газа в указанных сечениях, м/с.
Коэффициент гидравлического сопротивления в сечениях А-А и В-В рассчитывается по формулам:
при Rе < 4000 = 64/Re;
при Re от 4000 до 105 = 0,316/Re0,25 . (4.15)
Определяются потери давления на трение
Pтр = A-A*(l1 / dэА-А)*(г * A-A2/ 2) + B-B*(L/ dэB-B )*( г* Wг2/2), (Па). (4.16)
Вычисляются потери давления на местные сопротивления
PМ.С = 1* (г*A-A2/ 2) + n * 2 *(г* Wг2/2), (Па), (4.17)
где 1 - коэффициент местного сопротивления при входе пылегазовоздушной смеси в камеру (происходит плавное расширение) 1= 0,5;
2 = коэффициент местного сопротивления при огибании перегородок 2 = 2,5
n - Число перегородок, выбирается из схем осадительной камеры.
Общая потеря давления в осадительной камере состав:
P = Pтр + PМ.С, (Па). (4.18)
Аналогично выполняются расчеты для вертикальной осадительной камеры.
Приложение Е