Еквівалентний діаметр міжтрубного простору

 

Задача № 3. Визначити густину теплового потоку в пароперегрівнику котлового агрегату, де має місце складний теплообмін з перевагою конвективної складової, якщо коефіцієнт тепловіддачі конвекцією a ₁=(80+N) Вт/(м²×К), температура газів t_р =1200^oС, температура стінки труб t_с =(800+3×N)^oС, степінь чорноти e =0,7, коефіцієнт випромінювання абсолютного-чорного тіла с_о =5,67 Вт/(м²×К⁴).

Дано: a ₁=80 Вт/(м²×К); t_р =1200^oC; t_с =800^oC; e =0,7; с _о=5,67 Вт/(м²×К⁴)

q -?

 

Розв’язання:

Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням

Густина теплового потоку

 

q = (a + a_l)(t _р - t _с) = (80+336)(1200-800) = 166,4 кВт/м².

 

Задача № 4. Виконати тепловий і конструктивний розрахунок секційного водоводяного підігрівника при таких умовах:

схема руху теплоносіїв	- прямоток;
температури гарячої води: - початкова - кінцева	- t 1 ^п =150,0 ^оС, - t 1 ^к =100,0 ^оС;
витрата холодної води	- G 2=20,0 кг/с;
температури холодної води: - початкова - кінцева	- t 2 ^п =10,0 ^оС, - t 2 ^к =70,0 ^оС;
трубчата сталева поверхня нагрівання	- dвн/dз =14/16 мм;
теплопровідність матеріалу труб	- l с =58,2 Вт/(м×К);
товщина накипу	- dн =0,3 мм;
теплопровідність накипу	- l н =3,45 Вт/(м×К);
коефіцієнт, що враховує втрати теплоти у навколишнє середовище	- h =0,97.

РОЗРАХУНОК

Схематичне зображення теплообмінника показано на рис.10.1.

Вода через штуцер 1 надходить у внутрішній простір трубок першої секції теплообмінника, потім по перехідному коліну направляється у внутрішній простір трубок другої секції теплообмінника і виходить через штуцер 2. Гаряча вода надходить через штуцер 3 у міжтрубний простір першої секції теплообмінника, потім по перехідному патрубку 5 вона направляється у міжтрубний простір другої секції теплообмінника і виходить через штуцер 4.

У теплообміннику шляхом теплопередачі здійснюється одночасний перенос теплотиконвекцією і теплопровідністю від гарячої до холодної води.

Теплова продуктивність теплообмінника визначається за рівнянням теплового балансу,

Q = G ₂× c ₂×(t ₂^к – t ₂^п) = 20 × 4,174 × (70 – 10) = 5008,8 кВт,

 

де c ₂ – теплоємність теплоносія, кДж/(кг×К).

 

 

 

 

Рис. 10.1. Водоводяний теплообмінник:

1 – штуцер входу холодної води; 2 - штуцер виходу холодної води; 3 - штуцер входу гарячої води; 4 - штуцер виходу гарячої води; 5 – перехідний патрубок; 6 - трубки теплообмінника; 7 - коліно; 8 – корпус; 9 – трубна решітка; 10 – фланець; 11 - прокладка; 12 - міжтрубний простір; 13 – трубний простір.

 

Теплоємність холодної води визначається по середній температурі ` t ₂= 0,5×(t ₂^к + t ₂^п) = 0,5×(70 + 10) = 40 ^оС по табл.15 додатку, c ₂ =4,174 кДж/(кг×К).

Теплоємність гарячої води визначається по середній температурі первинного теплоносія` t ₁ = 0,5×(t ₁^п + t ₁^к) = 0,5×(150 + 100) = 125 ^оС. По табл.20 додатку шляхом інтерполяції визначаємо c ₁=4,258 кДж/(кг×К).

Використовуючи рівняння теплового балансу, визначаємо витрату первинного (гарячого) теплоносія

Для визначення кількості трубок в одній секції теплообмінника задаємося швидкістю руху холодної води у трубках w ₂ = 1,5 м/с і визначаємо площу поперечного переріза труб. Для чого використовуємо рівняння нерозривності потоку у виді

G = f × w × r,

 

де G – витрата теплоносія, кг/с;

f – поперечний переріз потоку, м²;

r – густина рідини, кг/м³.

При ` t ₂ = 40 ^оС r ₂ = 922,2 кг/м³ по табл.20 додатку.

Площа поперечного переріза труб визначається так,

.

Кількість трубок у секції,

По табл.25 додатку знаходимо, що при розміщенні труб по вершинам рівностороннього трикутника найближче число труб відповідне отриманому значенню n = 87 дорівнює 91. Цьому числу труб відповідає діаметр апарата D '=10× s. Приймаємо крок розміщення труб на трубній плиті

 

s =1,4 × d _з = 1,4 × 16 = 22 мм.

 

Тоді діаметр апарата D '= 10 × 22 = 220 мм. Внутрішній діаметр корпуса визначимо по співвідношенню

 

D = D ' + d _з + 2 × k ₁ = 220 + 16 + 2×7 = 250 мм = 0,25 м,

 

де k ₁ – кільцевий зазор між крайніми трубами і корпусом. Величина k ₁ приймається понад 6 мм, виходячи з конструктивних понять. Приймаємо k ₁ = 7 мм.

При відомій величині внутрішнього діаметра корпуса апарата визначається живий перетин міжтрубного простору і швидкість води в ньому.

Площа живого перетину міжтрубного простору визначається по рівнянню

 

f_м = 0,785×(D ²– n×d _з²) = 0,785×(0,25²–91×0,016²) = 0,0308 м²

 

При середній температурі первинного теплоносія (гарячої води) ` t ₁=125^оС по табл.20 додатку визначаємо густину r ₁=939 кг/м³.

Швидкість води в міжтрубному просторі

Оскільки за даними таблиці, число труб, розміщених в одній секції дорівнює 91, а не 87, то необхідно уточнити швидкість руху вторинного теплоносія (холодної води),