3.7 Расчет истинных значений удельного теплового потока, коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи, температуры стенок на пк
Целью расчета является получение точных значений удельной тепловой нагрузки, коэффициентов теплоотдачи, теплопередачи и температуры стенок при заданной скорости движения раствора, а также исследование влияния скорости движения раствора на значение удельного теплового потока, коэффициентов теплоотдачи, теплопередачи для конкретного случая нагревания раствора «глухим» насыщенным паром в теплообменнике.
3.7.1 В программе приняты следующие обозначения:
А1 |
– коэффициент теплоотдачи от греющего пара к стенке, I; |
А2 |
– коэффициент теплоотдачи от стенки к раствору, II; |
Z |
– коэффициент теплопередачи, k; |
G1, G2 |
– удельный тепловой поток qI, qII; |
Т1 |
– температура стенки со стороны греющего пара, tcm1; |
Т2 |
– температура стенки со стороны раствора, tcm2; |
Т3 |
– температура конденсации пара, tканд; |
Т4 |
– средняя температура раствора, tII cр; |
L1 |
– коэффициент теплопроводности конденсата греющего пара, λк; |
Р1 |
– плотность конденсата, ρк; |
М1 |
– динамический коэффициент вязкости конденсата, μк; |
R |
– удельная теплота конденсации греющего пара, r; |
Р2 |
– плотность раствора, ρр; |
С2 |
– удельная теплоемкость раствора, с; |
L2 |
– коэффициент теплопроводности раствора, λр; |
М2 |
– динамический коэффициент вязкости раствора, μр; |
D |
– наружный диаметр трубок, d; |
В3 |
– толщина стенки трубок, δст; |
L3 |
– коэффициент теплопроводности материала трубок, λст; |
В4 |
– толщина слоя накипи, δн = 0,5 мм; |
L4 |
– коэффициент теплопроводности накипи, λн; |
О |
– термическое сопротивление загрязнений стенок трубок, м2К/Вт
|
W2 |
– скорость движения раствора в трубках, w; |
R2 |
– критерий Рейнольдса, Re. |
;Программа составлена для расчета теплообменников горизонтального типа.
Исходные данные, представленные в системе СИ, должны быть подготовлены на бланке, как показано в приложении А.
Для заполнения бланка необходимо из справочной литературы правильно выбрать физико-химические константы для конденсата греющего пара при рабочем давлении греющего пара и нагреваемого раствора.
3.7.2 Инструкция оператора
Зайти на диск М:\Dosapp\Upprog\MAXP\PAХТ\ТЕРLО Lab_07.exe, cкопировать на диск D: файл Lab_07.exe, начать расчет.
3.7.3 Контрольный пример
3.7.3.1 Задание
Определить значения удельного теплового потока, коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи, температуры стенок в горизонтальном трубчатом теплообменнике для нагревания раствора гидроксида натрия концентрацией 20 % «глухим» насыщенным водяным паром при заданной скорости движения раствора в трубах теплообменника при следующих условиях:
давление греющего пара – 0,202 МПа;
температура конденсации пара – 120 °С;
начальная температура раствора NaOH – 20 °С;
конечная температура раствора NaOH – 80 °С;
диаметр трубок – 38×3 мм;
материал трубок
– Ст3, учесть наличие слоя накипи толщиной
0,5 мм загрязнение поверхности трубок –
м2К/Вт.
Для исследования влияния скорости движения раствора в трубках на процесс теплопередачи выбирать предельное значение скорости 3 м/с.
3.7.3.2 Определение среднего температурного напора
Поскольку
2, для расчета применить формулу (7):
.
3.7.3.3 Определение средней температуры нагреваемого раствора
°С.
3.7.3.4 Выбор физико-химических констант произвести для конденсата греющего пара при 120 °С, для нагреваемого раствора NaOH при 54,52 °С.
Исходные данные для расчета:
L1 |
– коэффициент теплопроводности конденсации греющего пара, λк = 0,686 Вт/(м2К); |
L2 |
– коэффициент теплопроводности раствора NaOH, λр = 0,557 Вт/(м2К); |
L3 |
– коэффициент теплопроводности стали, λст = 46,5 Вт/(м2К); |
L4 |
– коэффициент теплопроводности накипи, λн = 2,0 Вт/(м2К); |
М1 |
– динамический коэффициент вязкости конденсата, μк = 0,000231 Пас; |
М2 |
– динамический коэффициент вязкости раствора NaOH, μр = 0,00182 Пас; |
Н |
– высота трубок, м |
В3 |
– толщина стенки трубок, δст = 0,003 м; |
В4 |
– толщина слоя накипи, δн = 0,0005 м; |
R |
– удельная теплота конденсации греющего пара, r = 2208000 Дж/кг; |
О |
– термическое сопротивление загрязнений стенок трубок, rзагр = 0,0002 м2К/Вт; |
Р1 |
– плотность конденсата, ρк = 943 кг/м3; |
Р2 |
– плотность раствора NaOH, ρр = 1198 кг/м3; |
Т3 |
– температура конденсации пара, tконд = 120 °С; |
Т4 |
– средняя температура раствора NaOH, tII cр = 54,52 °С; |
D |
– наружный диаметр трубок, d = 0,038 м; |
С2 |
– удельная теплоемкость раствора NaOH, с = 3684 Дж/(кгК); |
W2 |
– скорость движения раствора NaOH в трубках, w = 1,5 м/с. |
3.7.3.5 Результаты расчета удельного теплового потока, коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи, температуры стенок при заданной скорости движения раствора NaOH приведены в приложении Б.