Расчет водоводяного теплообменного аппарата

В качестве конкретного примера, приводятся расчеты водоводяного и пароводяного теплообменников. Исходные данные находятся в таблице 3.1. Задание: провести конструкторский, поверочный и гидравлический расчеты водонагревателей; определить коэффициент удержания тепла; выполнить расчет трубной решетки пароводяного подогоревателя (с вычерчиванием эскиза решетки на формате А4). Водоводяной подогреватель вычерчивается на листе формата А4.

Пример расчета сведен в таблицу 3.2. В таблицах 3.3÷3.6 приведены справочные материалы, необходимые для выполнения курсовой работы.

Таблица 3.1

Варианты исходных данных к третьей части курсовой работе

Предпоследняя цифра шифра	Давление греющего пара P, МПа	Степень сухости пара Х	Температура греющей воды на	Последняя цифра шифра	Температура нагреваемой воды на	Тепловая нагрузка, Q, кВт
входе, , ºС	выходе, , ºС	входе, , ºС	выходе, , ºС
	0,2	0,88
	0,3	0,89
	0,4	0,90
	0,45	0,91
	0,5	0,92
	0,6	0,93
	0,7	0,94
	0,8	0,95
	0,9	0,96
	1,0	0,97

Исходными данными для расчета водоводяного теплообменника являются:

1. – тепловая нагрузка теплообменника, кВт;

2. – температура греющей воды на входе в теплообменный аппарат, ºС;

3. – температура греющей воды на выходе из теплообменного аппарата, ºС;

4. – температура нагреваемой воды на входе в теплообменный аппарат, ºС;

5. – температура нагреваемой воды на выходе из теплообменного аппарата, ºС;

Исходными данными для расчета пароводяного теплообменника являются:

1. – тепловая нагрузка теплообменника, кВт;

2. – давление греющего пара на входе в теплообменный аппарат, МПа;

3. – степень сухости пара;

4. – температура нагреваемой воды на входе в теплообменный аппарат, ºС;

– температура нагреваемой воды на выходе из теплообменного аппарата, ºС.

Таблица 3.2

Пример расчета водоводяного теплообменника

№	Рассчитываемая величина	Обозначение	Единица измерения	Обоснование или расчетная формула	Расчет
Исходные данные
	Тепловая нагрузка	Q	кВт	По заданию
	Температура греющей воды на входе в подогреватель		ºС	-
	Температура греющей воды на выходе из подогревателя		ºС	-
	Температура нагреваемой воды на входе в подогреватель		ºС	-
	Температура нагреваемой воды на выходе из подогревателя		ºС	-
	Средняя температура греющей воды		ºС		0,5(80+170)=125
	Средняя температура нагреваемой воды		ºС		0,5(70+110)=90
	Теплофизические характеристики греющей воды:	Определяются по табл. 8.4
	ρ1	кг/м3	-
	λ1	Вт/м·К	-	68,6·10-2
	ν1	м2/с	-	0,243·10-6
	Pr1	-	-	1,42
	Cp1	кДж/кг·К	-	4,26
	Теплофизические характеристики нагреваемой воды:	Определяются по табл. 8.4
	ρ2	кг/м3	-
	λ2	Вт/м·К	-	67,6·10-2
	ν2	м2/с	-	0,326·10-6
	Pr2	-	-	1,97
	Cp2	кДж/кг·К	-	4,208

Продолжение таблицы 3.2

№	Рассчитываемая величина	Обозначение	Единица измерения	Обоснование или расчетная формула	Расчет
Исходные данные
	Средняя температура стенки трубы		ºС		0,5(125+90)=108
	Значение критерия Прандтля для воды	Prw	Определяется по табл. 8.4	1,65
	Скорость движения воды в трубках	W2	Принимается в интервале от 0,5 до 3 м/с
	Внутренний диаметр трубок	dвн	м	-	0,014
	Наружный диаметр трубок	dн	м	-	0,016
	Средний диаметр трубок	dcp	м	0,5(dн + dвн)	0,5(0,014+0,016) =0,015
	Толщина трубок	δ	м	0,5(dн – dвн)	0,5(0,016-0,014)= =0,001
	Коэффициент теплопроводности материала трубок	λ	Вт/м·К	Определяется в зависимости от материала трубок [3]	105 (для латуни)
	Коэффициент удержания теплоты	η	-	Принимается в пределах от 0,97 до 0,98	0,98
	Коэффициент загрязнения	β	-	Определяется по табл. 2.1	0,7
Конструкторский расчет
	Расход греющей воды	G1	кг/с
	Расход нагреваемой воды	G2	кг/с
	Среднелогарифмический температурный напор	Δtср	ºС

Продолжение табл. 3.2

№	Рассчитываемая величина	Обозначение	Единица измерения	Обоснование или расчетная формула	Расчет
	Площадь проходного сечения трубок	fтр	м2
	Технические характеристики стандартного подогревателя:	Определяются по табл. 8.6
		м2	-	0,0057
		м2	-	0,0122
	Z	шт.	-
		м	-	0,158
	L	м	-	2 или 4
	Скорость движения воды в трубках		м/с
	Скорость движения воды в межтрубном пространстве		м/с
	Эквивалентный диаметр для межтрубного пространства	dэ	м
	Значение числа Рейнольдса для греющей воды	Re1	-
	Значение числа Рейнольдса для нагреваемой воды	Re2	-
	Значение числа Нуссельта для греющей воды	Nu1	-
	Значение числа Нуссельта для нагреваемой воды	Nu2	-
	Коэффициент теплоотдачи снаружи трубок	α1	Вт/м2 К

Продолжение таблицы 3.2

№	Рассчитываемая величина	Обозначение	Единица измерения	Обоснование или расчетная формула	Расчет
Конструкторский расчет
	Коэффициент теплоотдачи внутри трубок	α2	Вт/м2 К
	Коэффициент теплопередачи	k	Вт/м2 К
	Расчетная поверхность нагрева теплообменного аппарата	Fp	м2
	Длина хода воды в трубках	Lтр	м
	Число секций	n	шт.		Принимаем 5 секций
	Поверхность нагрева аппарата	F	м2
Поверочный расчет
	Водяной эквивалент первичного теплоносителя		кВт/К
	Водяной эквивалент втор. теплоносителя		кВт/К
	Число единиц переноса теплоты		-
	Отношение водяных эквивалентов		-	-
	Эффективность водоводяного теплообменника		-		0,91
	Тепловая нагрузка		кВт

Продолжение таблицы 3.2

№	Рассчитываемая величина	Обозначение	Единица измерения	Обоснование или расчетная формула	Расчет
	Значения температур теплоносителей на выходе из теплообменника:		ºС     ºС
Гидравлический расчет
	Объемный расход теплоносителя	D	м3/с
	Коэффициент потерь на трение		-
	Линейные потери давления на трение		Па
	Сумма коэффициентов местных сопротивлений (ξi определяется по табл.4.2)		-
	Потери давления в местных сопротивлениях		Па
	Полное гидравлическое сопротивление (С определяется по табл. 4.1)		Па
	Мощность насоса ( определяется по табл.2.20 [6])		Вт

Продолжение таблицы 3.2

Исходные данные для расчета коэффициента удержания тепла
	Температура стенки подогревателя		ºС	Принимается по ср. температуре греющей воды ( )
	Температура окружающего воздуха		ºС	-
	Коэффициент температурного расширения воздуха		К-1
	Коэффициент кинематической вязкости воздуха		м2/с	Определяется по табл. 8.8
	Коэффициент теплопроводности воздуха		Вт м/К	Определяется по табл. 8.8
	Критерий Прандтля		-	Определяется по табл. 8.8	0,703
	Степень черноты		-	-	0,8
	Коэффициент излучения абсолютно черного тела		Вт м2/ К4	-	5,67
Расчет коэффициента удержания тепла
	Критерий Грасгофа		-
	Критерий Релея		-
	Коэффициенты, зависящие от режима течения жидкости		-	Определяются по таблице 5.1	0,135
	0,333
	Критерий Нуссельта		-

Окончание таблицы 3.2

	Коэффициент теплоотдачи конвекцией		Вт м2/К
	Коэффициент теплоотдачи излучением		Вт м2/К
	Суммарный коэффициент теплоотдачи		Вт м2/К
	Площадь поверхности теплообменника		м2
	Теплопотери в окружающую среду		кВт
	Коэффициент удержания тепла		-

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А

Средняя молярная теплоемкость различных газов при p=const