Розрахунок температури первинного теплоносія на виході з теплообмінного апарату

ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК ВОДО-ВОДЯНОГО ТЕПЛООБМІННОГО АППАРАТУ

Вихідні дані

Розглядається водо-водяний теплообмінний апарат типу «труба у трубі», наявність накипу на стінках труб якого не враховується, теплоізоляція теплообмінного апарату відсутня.

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

Внутрішній діаметр теплообмінний труби d₁=76-6=70 мм

зовнішній діаметр теплообмінний труби d₂ =76 мм

внутрішній діаметр зовнішньої (кожухової) труби d₃=108-6=2 мм

зовнішній діаметр зовнішньої (кожухової) труби d₄=108 мм

внутрішній діаметр труби, по якій рухається вторинний теплоносій

(там, де відсутня теплообмінна труба) d₅=57-6=51 мм

зовнішній діаметр труби, по якій рухається вторинний теплоносій

(там, де відсутня теплообмінна труба) d₆=57 мм

температура первинного теплоносія на вході до теплообмінного апарату t₁' = 100 ^OC

температура первинного теплоносія на виході з теплообмінного апарату t₂' = 80 ^OC

температура вторинного теплоносія на вході до теплообмінного апарату t₁'' = 5 ^OC

витрата первинного теплоносія G₁=50000 кг/год

витрата вторинного теплоносія G₂=40000 кг/год

Кравченко

в = 0.01

Мета теплового розрахунку водо-водяного теплообмінного аппарату - визначення кількості секцій

Розрахунок температури первинного теплоносія на виході з теплообмінного апарату

Кількістьтеплоти, яку сприймає вториннийтеплоносій від первинного теплоносія обчислюється за формулою

де втрата первинного теплоносія, кг/с;

- температура первинного 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);

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

202СТ-10041

Кравченко

С_р2 = (4220+4195)/2=42075 [Дж/кг·^OC]

Кількість теплоти, яку віддає первинний теплоносій вторинному теплоносієві:

·4,2705(80-100) = -1168,75 кВт

Витрати теплоти у навколишнє середовище теплообмінним апаратом:

Кількість теплоти, яку сприймає вторинний теплоносій від первинного теплоносія

При температурі 5^OC маємо теплоємність С_р2 = 4,2015 к Дж/кг·^ОС. Знаходимо значення температури вторинного теплоносія на виході з теплообмінного аппарату.

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

202СТ-10041

Кравченко

Уточнюємо теплоємність для 29,8 ^оС:

С_р = 4,174 [ Дж/кг·^ОС]

Знаходимо середню теплоємність:

[кДж/кг·^ОС]

Уточнюємо температуру:

Різниця температур складає:

1.1.3. Обчислення середнього коефіцієнта тепловіддачі

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

Знаходимокритерій 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(100+80)=90˚C;

Знайдемо густину при температурі =90˚C:

;

Знайдемо густину при температурі =90˚C:

Швидкістьпервинноготеплоносія:

Коефіцієнт Рейнольдса:

Отже, режим руху первинного теплоносія турбулентний.

Тепер знайдемо критерій Прандтля:

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

202СТ-10041

Кравченко

при температурі ˚C:

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

202СТ-10041

Кравченко

При температурі :

Розраховуємо критерій Нуссельта:

де при температурі ˚C:

1.1.4. 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 режимі 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:

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

202СТ-10041

Кравченко

Знайдемо :

де знаходитьсяпри температурі :

=998,5 ;

Розраховуємо критерій Рейнольдса:

Знайдемо густину при температурі :

Отже, режим руху вторинного теплоносія ― турбулентний.

Знаходимо критерій при температурі =17,5

=7,46

Температура

При температурі

1.1.5 Визначення коефіцієнта тепловіддачі стінки труби k₁

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

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

–товщина стінки теплообмінної труби;

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

202СТ-10041

Кравченко

1.1.6 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.

Середньологарифмічний температурний напір:

1.1.7 Уточнення температур

Середня температура поверхні внутрішньої стінки труби та середня температура зовнішньої поверхні стінки теплообмінної труби обчислюється за формулами:

де .

1.1.8

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

202СТ-10041

Кравченко

Визначення площі поверхні теплообміну та кількості секцій теплообмінного апарата

Площа поверхні теплообміну F, м²розраховується за допомогою формули:

де -кількістьтеплоти, яку віддає первинний теплоносій вторинному.

Кількість секційтеплообмінного аппарата обчислюється за формулою:

Отже кількість секцій теплообмінного апарата складатиме 43.

Уточнюємо площу поверхні теплообміну:

Похибка:

1.1.10 Розрахунок середнього коефіцієнта тепловіддачі

Середній коефіцієнт тепловіддачі від вторинного теплоносія до внутрішньої поверхні стінки зовнішньої (кожухової) труби , 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 можна визначити за формулою:

Розраховуємо критерій Рейнольдса:

Температура

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

202СТ-10041

Кравченко

1.1.10Розрахунок середнього коефіцієнта тепловіддачі

Середній коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні стінки зовнішньої (кожухової) труби до навколишнього середовища , обчислюється за формулою:

де – середній коефіцієнт тепловіддачі конвекцією зовнішньої поверхні стінки(кожухової) трубивторинного теплоносія, Вт/( ˚C);

– середній коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням зовнішньої поверхні стінки зовнішньої(кожухової) труби;

Середній коефіцієнт тепловіддачі конвекцією зовнішньої поверхні стінки зовнішньої (кожухової) труби, Вт/( ˚C), розраховується за формулою:

–коефіцієнт теплопровідності повітря, визначається при температурі повітря ;

–зовнішній діаметр зовнішньої(кожухової) труби, м;

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

202СТ-10041

Кравченко

Критерій Нуссельта можнавизначити за формулою:

де індекси п показують, що фізичні якості повітря визначаються при середній температурі повітря

―критерій Грансгофа;

― прискорення вільного падіння;

―середня температура зовнішньої поверхні стінки зовнішньої (кожухової) труби, ˚C, приймаємо

˚C;

―коефіцієнт об’ємного розширення повітря, К ^-1

=0,003 [К ^-1]

При температурі

Критерій Нуссельта:

Середній коефіцієнт тепловіддачі конвекцією зовнішньої поверхні стінки зовнішньої (кожухової) труби

Середній коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням зовнішньої поверхні стінки зовнішньої (кожухової) труби;

Середній коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні стінки зовнішньої (кожухової) труби до навколишнього середовища

.

1.1.11Розрахунок коефіцієнта теплопередачі стінки зовнішньої ( кожухової) труби k₂

Коефіцієнт теплопередачі стінки зовнішньої (кожухової) труби, , розраховується:

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

–товщина стінки зовнішньої (кожухової) труби;

Температура

1.1.12Уточнення температур

Середня температура внутрішньої поверхні стінки зовнішньої (кожухової) труби та середня температуразовнішньої поверхні стінки зовнішньої (кожухової) труби :

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

202СТ-10041

Кравченко

(похибка менша 5%)

(похибка менша 5%)

1.1.13. Обчислення середнього коефіцієнта тепловіддачі

Середній коефіцієнт тепловіддачі від первинного теплоносія до внутрішньої поверхні стінки теплообмінної труби( там де відсутня зовнішня(кожухова) труба), розраховується за формулою:

Критерій Нуссельта можна визначити за формулою:

Температура:

.0

1.1.14 Розрахуноксереднього коефіцієнта тепловіддачі

Середній коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні стінки теплообмінної труби до навколишнього середовища ( там, де відсутня зовнішня(кожухова) труба), розраховується за формулою:

де – середній коефіцієнт тепловіддачі конвекцією зовнішньої поверхні стінки теплообмінної труби ( там, де відсутня зовнішня(кожухова) труба), Вт/( ˚C);

–середній коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням зовнішньої поверхні стінки теплообмінної труби ( там, де відсутня зовнішня(кожухова) труба), Вт/( ˚C);

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

202СТ-10041

Кравченко

Середній коефіцієнт тепловіддачі конвекцією зовнішньої поверхні стінки теплообмінної труби ( там, де відсутня зовнішня(кожухова) труба), Вт/( ˚C), розраховується за формулою:

–коефіцієнт теплопровідності повітря, визначається при температурі повітря ;

–зовнішній діаметр теплообмінної труби, м;

Критерій Нуссельта можна визначити за формулою:

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

202СТ-10041

Кравченко

де індекси п показують, що фізичні якості повітря визначаються при середній температурі повітря

―критерій Грасгофа;

― прискорення вільного падіння;

―середня температура зовнішньоїповерхністінкитеплообмінної труби ( там, де відсутня зовнішня(кожухова) труба), ˚C,приймаємо

˚C;

―коефіцієнтоб’ємногорозширенняповітря, К ^-1

[К ^-1]

При температурі

Критерій Нуссельта:

Середній коефіцієнт тепловіддачі конвекцією зовнішньої поверхні стінки теплообмінної труби ( там, де відсутня зовнішня(кожухова) труба), Вт/( ˚C)

Середній коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням зовнішньої поверхні стінки теплообмінної труби ( там, де відсутня зовнішня(кожухова) труба), Вт/( ˚C)

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

202СТ-10041

Кравченко

Середній коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні стінки теплообмінної трубидо зовнішнього середовища ( там, де відсутня зовнішня(кожухова) труба), Вт/( ˚C)

,

1.1.15 Розрахунок коефіцієнта теплопередачі стінки зовнішньої ( кожухової) труби

Коефіцієнт теплопередачі стінки теплообмінної труби( там, де відсутня зовнішня(кожухова) труба), Вт/( ˚C), розраховується:

– коефіцієнт теплопровідності матеріалу(сталі) стінки теплообмінної труби( там, де відсутня зовнішня(кожухова) труба), Вт/(м ˚C);

–товщина стінки теплообмінної труби труби;

1.1.16Уточнення температур

Середня температура внутрішньої поверхні стінки теплообмінної труби ( там, де відсутня зовнішня(кожухова) труба), та середня температура зовнішньої поверхні стінки цієї труби обчислюється за формулою

Похибка:

1.1.17

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

202СТ-10041

Кравченко

обчисленнясереднього коефіцієнта тепловіддачі

Середній коефіцієнт теплопередачі від вторинного теплоносія до внутрішньої поверхні стінки труби(там де відсутня теплообмінна труба), Вт/( ˚C), розраховується:

Критерій Нуссельта можнавизначити за формулою:

Розраховуємо критерій Рейнольдса:

Швидкість вторинного теплоносія, там де відсутня теплообмінна труба:

Температура

1.1.18 обчислення середнього коефіцієнта тепловіддачі

Середній коефіцієнт теплопередачі від зовнішньої поверхні стінки труби , по якій рухається вторинний теплоносій, до навколишнього середовища ( там, де відсутня теплообмінна труба), Вт/( ˚C), розраховується:

де – середній коефіцієнт тепловіддачі конвекцією зовнішньої поверхні стінки труби, по якій рухається теплоносій( там, де відсутня теплообмінна труба), Вт/( ˚C);

–середній коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням зовнішньої поверхні стінки труби, по якій рухається вторинний теплоносій ( там, де відсутня теплообміннатруба), Вт/( ˚C);

Середній коефіцієнт тепловіддачі конвекцією зовнішньої поверхні стінки теплообмінної труби, по якій рухається вторинний теплоносій ( там, де відсутня теплообміннатруба), Вт/( ˚C); розраховується за формулою:

–коефіцієнттеплопровідності повітря визначається при температурі повітря

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

202СТ-10041

Кравченко

;

–зовнішній діаметр труби, по якій рухається вторинний теплоносій, м;

Критерій Нуссельта для вертикальної труби можна визначити за формулою:

де індекси n показують, що фізичні якості повітря визначаються при середній температурі повітря

―критерій Грасгофа;

― прискорення вільного падіння;

― середня температура зовнішньої поверхні стінки труби, по якій рухається вторинний теплоносій ( там, де відсутня теплообміннатруба( там, де відсутня зовнішня(кожухова) труба), ˚C,

Приймаємо

˚C;

―коефіцієнтоб’ємногорозширенняповітря, К ^-1

h – висотавертикальної труби.

[К ^-1]

При температурі

Критерій Нуссельта:

Середній коефіцієнт тепловіддачі конвекцією зовнішньої поверхні стінки теплообмінної труби, по якій рухається вторинний теплоносій ( там, де відсутня теплообміннатруба), Вт/( ˚C); розраховується за формулою:

Середній коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням зовнішньої поверхні стінки труби, по якій рухається вторинний теплоносій ( там, де відсутня теплообмінна труба), Вт/( ˚C);

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

202СТ-10041

Кравченко

Середній коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні стінки теплообмінної труби до зовнішнього середовища ( там, де відсутня теплообміннатруба), Вт/( ˚C):

,

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

202СТ-10041

Кравченко

⇐ Назад
1
234
5
Далее ⇒