Графики изменения температур теплоносителей
Учитывая,
что перегревы пара относительно
температуры насыщения
в исходных данных незначительны, можно
пренебречь влиянием участка на величину
среднего температурного напора и
вычислить его, считая температурным
графиком для получения перегретого
пара по следующей формуле:
Как видно из графиков температурные напоры вычислим по следующим формулам:
;
;
.
5
Расчет коэффициента теплопередачи
для трубок парогенерирующего пучка с
достаточной точностью может быть
выполнен исходя из предположения, что
стенка трубки плоская, поскольку
[3, стр. 37], где
- наружный диаметр трубки, равный:
.
Таким образом, коэффициент теплопередачи определяем по формуле [3, стр. 37, ф. (2.53)]:
,
где
,
- эффективный коэффициент теплоотдачи
пучка по газовой стороне трубок;
и
- лучистая и конвективная составляющие;
- коэффициент
теплоотдачи при кипении в трубах,
;
- толщина стенки
трубки,
;
- коэффициент
теплопроводности материала трубок,
,
Поскольку
происходит процесс кипения выбираем
по табл. 6 [4] нержавеющую хромоникелевую
сталь 1Х18Н9Т
.
6
Для расчетов
,
и
требуются температуры поверхностей
стенки трубок со стороны газов
и со стороны кипящей жидкости
,
которые неизвестны. В первом приближении
они могут быть определены из следующих
соображений. Представим уравнение для
коэффициента теплопередачи через
термические сопротивления:
,
.
Учитывая,
что термическое сопротивление
стремится к 0, а
к (
),
можно записать:
,
;
где
,
.
Порядок
величины
примерно
,
т.е.
.
Эти допущения позволяют определить в первом приближении коэффициент теплопередачи К и плотность теплового потока q:
,
и
;
;
;
Средняя температура дымовых газов в пучке:
.
Коэффициент
теплопередачи
и плотность теплового потока
:
;
.
Тогда,
используя соотношение
,
можно определить приближенные значения
и
:
и
,
,
.
Примем
и
.
7
Составляющая
рассчитывается по плотности потока
излучения
между продуктами сгорания и поверхностью
трубок парогенерирующего пучка и
разности температур газа
и стенки.
Среднюю длину пути луча определяем по следующей формуле [4, стр. 235]:
.
Поскольку
способностью излучения теплоты обладают
только трехатомные газы, то по табл. 13
[4,с.207] принимаем парциальные давления
двуокиси углерода и водяных паров:
и
.
Произведение средней длины пути луча на парциальное давление двуокиси углерода и водяных паров:
;
.
По
этим значениям и по
по номограммам рис. 11-1, 11-2 [4, стр. 207-208]
находим степень черноты дымовых газов:
степень
черноты углекислого газа
,
степень
черноты водяных паров
,
поправочный
коэффициент
.
Степень черноты дымовых газов составит [4, стр. 230]:
.
Определяем
степень черноты газов при
и при
и
по тем же номограммам:
,
,
.
Поглощательная способность газов при температуре поверхности труб [4, стр. 235]:
,
где
- средняя температура дымовых газов,
выраженная в Кельвинах;
- температура
поверхности стенки трубки со стороны
газов, выраженная в Кельвинах.
.
Эффективную степень черноты оболочки определяем по следующей формуле:
;
где
- степень черноты оболочки (окисленной
стали при
)
[4, табл. 21].
Определим плотность теплового потока, обусловленную излучением [4, стр. 230]:
,
где
- излучательная способность абсолютно
черного тела.
Таким образом:
.
Следовательно, коэффициент теплоотдачи:
.
8 Для определения конвективной составляющей , которая определится следующим уравнением
,
где
- критерий Нуссельта,
необходимо определить режим течения и уравнение для вычисления критерия Нуссельта.
По
средней температуре газов
выписываем ТФС дымовых газов по табл.
16 [4]:
,
,
.
Для определения режима движения найдем число Рейнольдса для потоков газов:
.
Поскольку
,
то имеет место смешанный режим движения.
При смешанном режиме средний коэффициент теплоотдачи для коридорного пучка определяется по следующему уравнению [3, стр. 199, ф. (9.4)]
,
где
- поправочный коэффициент, учитывающий
влияние относительных шагов.
На
газы поправка
не
распространяется [3, стр. 162];
Определяющей
температурой является средняя температура
дымовых газов
,
определяющим размером – внешний диаметр
трубок пучка
.
Для определения поправочного коэффициента воспользуемся отношением:
,
[3, стр. 199];
.
Таким образом, критерий Нуссельта равен:
.
Теперь можем рассчитать коэффициент теплоотдачи при вынужденном движении нагреваемой жидкости внутри трубок:
.
Эффективный коэффициент теплоотдачи пучка по газовой стороне трубок равен:
.
9
Коэффициент теплоотдачи при вынужденном
течении в трубах кипящей жидкости
может быть рассчитан с использованием
соотношений [3, стр. 272] зависящих от
отношения
;
где
- коэффициент теплоотдачи, определяемый
по формулам конвективного теплообмена
однофазной жидкости;
- коэффициент
теплоотдачи при пузырьковом кипении в
большом объеме.
Определим конвективный коэффициент теплоотдачи однофазной жидкости по следующей формуле:
.
Необходимо определить режим течения и уравнение для вычисления критерия Нуссельта.
По
температуре насыщения
выписываем ТФС воды на линии насыщения
по табл. 11 [4]:
,
,
.
Для определения режима движения найдем число Рейнольдса:
.
Поскольку , то режим движения турбулентный и число Нуссельта определяем по следующему соотношению [3, стр. 186, ф. (8.11)]:
.
Число
Прандтля стенки определяем по температуре
стенки со стороны жидкости
по табл. 11 [4]:
.
Таким образом, критерий Нуссельта равен:
.
Конвективный коэффициент теплоотдачи однофазной жидкости:
.
Определим коэффициент теплоотдачи при пузырьковом кипении в большом объеме по следующей формуле:
.
По
температуре насыщения
из табл. 9-1 [4,стр.170] выписываем значения
следующего компонента:
.
Число Рейнольдса [4, стр. 174]:
,
где
- плотность теплового потока, которая
уже была определена;
- плотность пара
при
по табл. 12 [4].
Поскольку
,
то критерий Нуссельта определяем по
следующей формуле [4, стр. 174, ф. (9-1а)]:
.
Тогда коэффициент теплоотдачи при кипении составит:
.
Рассчитаем отношение :
.
Поскольку
,
то общий коэффициент теплоотдачи при
кипении в трубах [3, стр. 272, ф.(13.21)]:
.
10 Вернемся к расчету коэффициента теплопередачи , исходя из предположения, что стенка трубки плоская:
.
Теперь
следует проверить, соответствуют ли
фактические температуры поверхностей
трубки
и
принятым на основании первого приближения
и
.
Для этой цели используем следующие
соотношения:
и
.
С учетом найденного коэффициента теплопередачи, плотность теплового потока равна:
.
Тогда фактические температуры равны:
,
,
а
задавались
и
.
Поскольку
принятые в расчетах температуры
отличаются от фактических больше, чем
на
,
то полученные значения коэффициентов
теплоотдачи
,
и
,
коэффициента теплопередачи
и плотности теплового потока
нельзя считать близкими к истине.
Задаемся
и
.
11
Используя предыдущие расчеты и при
определим
,
,
по [4, с.207, 208] рассчитаем поглощательную
способность газов:
;
.
Эффективная степень черноты оболочки:
;
где - степень черноты оболочки (окисленной стали при ) [4, табл. 21].
Степень черноты дымовых газов составит [4, стр. 230]:
.
Плотность теплового потока [4, стр. 230]:
,
где - излучательная способность абсолютно черного тела.
Таким образом:
.
Следовательно, коэффициент теплоотдачи излучением:
.
12 Для определения конвективной составляющей , которая определится следующим уравнением:
,
Из пункта 8 имеем:
.
Поскольку , то имеет место смешанный режим движения.
При смешанном режиме средний коэффициент теплоотдачи для коридорного пучка определяется по следующему уравнению [3, стр. 199, ф. (9.4)]
,
где - поправочный коэффициент, учитывающий влияние относительных шагов.
На газы поправка не распространяется [3, стр. 162];
Определяющей
температурой является средняя температура
дымовых газов
,
определяющим размером – внешний диаметр
трубок пучка
.
Для определения поправочного коэффициента воспользуемся отношением:
, [3, стр. 199].
Таким образом, критерий Нуссельта равен:
.
Теперь можем рассчитать коэффициент теплоотдачи при вынужденном движении нагреваемой жидкости внутри трубок:
.
Эффективный коэффициент теплоотдачи пучка по газовой стороне трубок равен:
.
13 По аналогии производим расчет коэффициента теплоотдачи при кипении в трубах .
По температуре насыщения выписываем ТФС воды на линии насыщения по табл. 11 [4]: , , .
Для определения режима движения найдем число Рейнольдса:
.
Поскольку , то режим движения турбулентный и число Нуссельта определяем по следующему соотношению [3, стр. 186, ф. (8.11)]:
.
Число
Прандтля стенки определяем по температуре
стенки со стороны жидкости
по табл. 11 [4]:
.
Таким образом, критерий Нуссельта равен:
.
Конвективный коэффициент теплоотдачи однофазной жидкости:
.
Определим коэффициент теплоотдачи при пузырьковом кипении в большом объеме по следующей формуле:
.
По температуре насыщения из табл. 9-1 [4,стр.170] выписываем значения следующего компонента: .
Число Рейнольдса [4, стр. 174]:
,
где - плотность теплового потока, которая уже была определена;
- плотность пара при по табл. 12 [4].
Поскольку , то критерий Нуссельта определяем по следующей формуле [4, стр. 174, ф. (9-1а)]:
.
Тогда коэффициент теплоотдачи при кипении составит:
Рассчитаем отношение :
.
Поскольку , то общий коэффициент теплоотдачи при кипении в трубах [3, стр. 272, ф.(13.21)]:
.
14 Вернемся к расчету коэффициента теплопередачи , исходя из предположения, что стенка трубки плоская:
.
Теперь следует проверить, соответствуют ли фактические температуры поверхностей трубки и принятым на основании первого приближения и . Для этой цели используем следующие соотношения:
и .
С учетом найденного коэффициента теплопередачи, плотность теплового потока равна:
.
Тогда фактические температуры равны:
;
.
А задавались и .
;
.
Вычисленные
при проверке фактические температуры
трубки со стороны жидкости
и со стороны пара
отличаются от принятых
и
в пределах 3оС
(при этом изменение ТФС нагреваемого
теплоносителя и конденсата греющего
пара не должно оказать заметного влияния
на точность расчетов), то полученные
значения
и
можно считать практически близкими к
истине.
15 Определим коэффициент теплопередачи по соотношению, учитывающему цилиндрическую форму стенок трубок парогенерирующего пучка:
Коэффициент теплопередачи на поверхности трубчатого теплообменника определяется следующей формулой:
,
где
- расчетная поверхность теплообмена
одного погонного метра трубки
парогенерирующего пучка.
В
данном случае, коэффициент теплоотдачи
по газовой стороне много меньше
коэффициента теплоотдачи со стороны
кипящей жидкости
,
значит, в качестве расчетного диаметра
принимаем наружный диаметр трубки
.
16 Следовательно, площадь расчетной поверхности теплообмена трубки на один погонный метр составит
.
Коэффициент теплопередачи на поверхности:
.
Расхождение коэффициентов теплопередачи:
.
Для технических расчетов допустима погрешность менее , а полученная нами погрешность меньше допустимой, поэтому влияние на результаты расчета поверхности использования коэффициента теплопередачи, вычисленного исходя из предположения, что стенка трубки плоская, вместо вычисленного коэффициента теплопередачи для цилиндрической стенки не существенно.
Расчет поверхности нагрева следует из уравнения теплопередачи:
.
Учитывая, что , длина труб змеевиков равна:
.
Таким образом, поверхности нагрева:
;
и длина труб змеевиков:
.
17
Компоновка парогенерирующего пучка
исходя из
осуществляется таким образом, чтобы
соотношение габаритов
всего пучка находилось в пределах
.
Для
коридорного пучка габарит
вычисляется по следующему соотношению:
,
где
- число пакетов,
;
,
тогда
и
.
Нетрудно заметить, что необходимо компоновать 3 пакета, для того, что бы выдержать соотношение в необходимых пределах.
Таким образом:
;
;
.
Соотношение
выдерживается.
Пакеты пучка по коллекторам соединяем последовательно; один из пакетов (выходной) встроен между двумя другими.
В приложении показана компоновка пакетов в пучках.