Частина 1. Тепловий розрахунок водо-водяного теплообмінного апарата

1. Тепловий розрахунок водо-водяного теплообмінного апарата

   1. Вихідні данні

Розглядається нетеплоізольований водо-водяний теплообмінний апарат типу “труба у трубі” (Наявність накипу на стінках труб не враховується)

Гаряча вода (первинний теплоносій) рухається по внутрішній (теплообмінній) трубі, а відносно волога вода (вторинний теплоносій) рухається протитечією по кільцевому каналу (у кожусі).

Внутрішній діаметр теплообмінної труби ― d₁ = 88 мм; зовнішній діаметр теплообмінної труби ― d₂ = 95 мм; внутрішній діаметр зовнішньої (кожухової) труби ― d₃ = 131 мм; зовнішній діаметр зовнішньої (кожухової) труби ― d₄ = 138 мм; внутрішній діаметр труби, по якій рухається вторинний теплоносій (там, де вітсутня теплообмінна труба), ― d₅ = 76 мм; зовнішній внутрішній діаметр труби, по якій рухається вторинний теплоносій (там, де вітсутня теплообмінна труба), ― d₆ = 82 мм.

Температура первинного теплоносія на вході до теплообмінного апарата ― t₁’ = 142˚ C; температура вторинного теплоносія на вході до теплообмінного апарата ― t₂’ = 44 ˚ C; температура вторинного теплоносія на виході з теплообмінного апарата ― t₂’’ = 71˚ C; температура навколишнього середовища ― t_п = 11˚ C. Витрата первинного теплоносія ― G₁ = 2100 кг/год; витрата вторинного теплоносія G₂ = 1890 кг/год.

Визначити: кількість секцій водо-водяного теплообмінного апарата.

2. Розрахунок температури первинного теплоносія на виході з теплообмінного апарата.

Кількість теплоти, яку сприймає вторинний теплоносій від первинного теплоносія обчислюється за формулою

де втрата вторинного теплоносія, кг/с; - температура вторинного теплоносія відповідно на вході до теплообмінного апарата і на виході з нього, ˚ C; ―

середня масова ізобарна теплоємність вторинного теплоносія в інтервалі температур від , кДж/(кг˚C);

Кількість теплоти, котру сприймає вторинний теплоносій від первинного теплоносія, обчислюється за формулою

Вт

Температура первинного теплоносія на виході з теплообмінного апарата визначається за допомогою формул

=»

де - температура первинного теплоносія на вході до теплообмінного апарата ,˚ C;

- кількість теплоти, яку віддає первинний теплоносій вторинному теплоносію, Вт;

- кількість теплоти, котру сприймає вторинний теплоносій від первинного, Вт;

– втрата теплоти у навколишнє середовище теплообмінним апаратом;

значення коефіцієнта b спочатку береться орієнтовно;

– витрата первинного теплоносія, кг/с;

―середня масова ізобарна теплоємність первинного теплоносія в

інтервалі температур від , кДж/(кг˚C);

˚C

Виконаємо перерахунок:

3. Обчислення середнього коефіцієнта тепловіддачі

Середній коефіцієнт тепловіддачі від первинного теплоносія до внутрішньої поверхні стінки теплообмінної труби , Вт/(м^2∙∙˚C), визначається за допомогою формули:

Знаходимо критерій Нуссельта:

де індекси 1, с1 показують, що фізичні якості первинного теплоносія встановлюються відповідно при середній температурі первинного теплоносія та при середній температурі внутрішньої поверхні стінки теплообмінної труби

Nu – критерій Нуссельта;

– внутрішній діаметр теплообмінної труби;

– коефіцієнт теплопровідності первинного теплоносія, Вт/(м˚C);

– критерій Рейнольдса;

– коефіцієнт, який ураховує зміну середнього коефіцієнта тепловіддачі за довжиною труби.(спочатку орієнтовно приймаємо )

Формула

використовується, якщо 10⁴<Re₁<10⁶; 0,6<Pr₁<2500

Знайдемо спочатку Re:

Знайдемо :

Середня температура первинного теплоносія обчислюється за формулою

)=0,5(142+119,47) = 131 ˚C;

Знайдемо густину при температурі :

;

Знайдемо густину при температурі :

Швидкість первинного теплоносія:

Коефіцієнт Рейнольдса:

Отже, режим руху первинного теплоносія турбулентний.

Тепер знайдемо критерій Прандтля:

при температурі ˚C

При температурі

Розраховуємо критерій Нуссельта:

дезнаходиться при температурі˚C.

4. Розрахунок середнього коефіцієнта тепловіддачі

Середній коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні стінки теплообмінної труби до вторинного теплоносія, , обчислюється за формулою:

де – коефіцієнт теплопровідності вторинного теплоносія, Вт/(м˚C);

–еквівалентний діаметр кільцевого каналу;

–зовнішній діаметр теплообмінної труби, м;

–внутрішній діаметр зовнішньої(кожухової) труби, м;

Критерій Нуссельта при турбулентному режимові руху води в кільцевому каналі можна визначити за формулою:

де індекси 2, с2 показують, що фізичні якості вторинного теплоносія визначають відповідно при середній температурі вторинного теплоносія та при середній температурі зовнішньої поверхні стінки теплообмінної труби.

Формула дійсна за умов

Знаходимо критерій Рейнольдса:

Знайдемо :

де знаходиться при температурі

=984,25 ;

Розраховуємо критерій Рейнольдса:

Знайдемо густину при температурі :

Отже, режим руху вторинного теплоносія ― турбулентний.

Знаходимо критерій при температурі :

=3,12

Температура

При температурі

5. Визначення коефіцієнта тепловіддачі стінки труби k₁

де – коефіцієнта тепловіддачі стінки теплопровідної труби, Вт/(м²˚C);

–коефіцієнт теплопровідності матеріалу(сталі) стінки теплообмінної труби, Вт/(м˚C);

–товщина стінки теплообмінної труби;

Температура

6. Розрахунок середнього температурного напору

де і– відповідно більша та менша крайова різниця температур між первинним і вторинним теплоносіями,визначається за схемою зміни температур уздовж поверхні теплообміну.