Тепловий розрахунок водо-водяного теплообмінного апарата

Тепловий розрахунок водо-водяного теплообмінного апарата

Вихідні данні

Розглядається нетеплоізольований водо-водяний теплообмінний апарат типу “труба у трубі” (Наявність накипу на стінках труб не враховується)

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

Внутрішній діаметр теплообмінної труби ― d₁ = 88 мм; зовнішній діаметр теплообмінної труби ― d₂ = 95 мм; внутрішній діаметр зовнішньої (кожухової) труби ― d₃ = 131 мм; зовнішній діаметр зовнішньої (кожухової) труби ― d₄ = 138 мм; внутрішній діаметр труби, по якій рухається вторинний теплоносій (там, де вітсутня теплообмінна труба), ― d₅ = 76 мм; зовнішній внутрішній діаметр труби, по якій рухається вторинний теплоносій (там, де вітсутня теплообмінна труба), ― d₆ = 82 мм.

Температура первинного теплоносія на вході до теплообмінного апарата ― t₁’ = 142˚ C; температура вторинного теплоносія на вході до теплообмінного апарата ― t₂’ = 44 ˚ C; температура вторинного теплоносія на виході з теплообмінного апарата ― t₂’’ = 71˚ C; температура навколишнього середовища ― t_п = 11˚ C. Витрата первинного теплоносія ― G₁ = 2100 кг/год; витрата вторинного теплоносія G₂ = 1890 кг/год.

Визначити: кількість секцій водо-водяного теплообмінного апарата.

Розрахунок коефіцієнта теплопередачі стінки

зовнішньої (кожухової) труби к₄

 

Коефіцієнт теплопередачі стінки теплообмінної труби, по якій рухається вторинний теплоносій(там, де відсутня теплообмінна труба), Вт/( ˚C);

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

301СТ-08008

Костенко

– коефіцієнт теплопровідності матеріалу(сталі) стінки труби, по якій рухається вторинний теплоносій(там, де відсутня теплообмінна труба), Вт/( ˚C);

– товщина стінки труби, по якій рухається теплоносій, м

Температура

1.1.20. Уточнення температур

Середня температура внутрішньої поверхні стінки теплообмінної труби, по якій рухається вторинний теплоносій(там, де відсутня теплообмінна труба), та середня температура зовнішньої поверхні стінки цієї труби обчислюється за формулою

Визначення коефіцієнта b

Коефіцієнт b, що враховує втрату теплоти у навколишнє середовище теплообмінним апаратом, обчислюється:

де , Вт;

Q₁ кількість теплоти, яку віддає первинний теплоносій вторинному теплоносію, Вт;

де зовнішньою (кожуховою) трубою, Вт;

втрата теплотиу теплообмінною трубою (там, де відсутня зовнішня (кожухова) труба, Вт;

втрата теплоти у навколишнє середовище трубою, по якій рухається вторинний теплоносій (там, де відсутня теплообмінна труба), Вт;

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

301СТ-08008

Костенко

де , м²;

, по якій рухається вторинний теплоносій (там, де відсутня теплообмінна труба), м²;

 

 

Тепловий розрахунок водоводяного теплообмінного апарата

Загальні пояснення

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

201СТ-08008

Костенко

Розглядається теплоізольований водо-водяний теплообмінний апарат типу "труба у трубі" (наявність накипу на стінках труб враховується).

Вихідні дані - див. а. 1*1*1.

Додаткові вихідні дані: товщина шару накипу на внутрішній поверхні стінки теплообмінної труби – 1,1 (мм); товщина шару накипу на зовнішній поверхні стінки теплообмінної труби –1,1 (мм); товщина шару накипу на внутрішній поверхні стінки зовнішньої (кожухової) труби - 1,1 (мм); товщина шару накипу на внутрішній поверхні стінки труби, по якій рухається вторинний теплоносій (там, де відсутня теплообмінна труба), - 1,1 (мм).

З урахуванням наявності шарів накипу:

 

внутрішній діаметр 1-го шару (накипу) теплообмінної труби;

зовнішній діаметр 1-го шару (накипу) теплообмінної труби або внутрішній діаметр

2-го (сталевого) шару теплообмінної труби;

зовнішній діаметр 2-го (сталевого) шару теплообмінної труби або внутрішній діаметр

3-го шару (накипу) теплообмінної труби (там, де є зовнішня (кожухова) труба;

зовнішній діаметр 3-го шару (накипу) теплообмінної труби (там, де є зовнішня труба);

внутрішній діаметр 1-го шару (накипу) зовнішньої (кожухової) труби;

зовнішній діаметр 1-го шару (накипу) зовнішньої (кожухової) труби або внутрішній діаметр 2-го (сталевого) шару зовнішньої (кожухової) труби;

зовнішній діаметр 2-го (сталевого) шару зовнішньої (кожухової) труби;

внутрішній діаметр 1-го шару (накипу) труби, по якій рухається вторинний теплоносій (там, де відсутня теплообмінна труба);

зовнішній діаметр 1-го шару (накипу) труби, по якій рухається вторинний теплоносій (там, де відсутня теплообмінна труба) або внутрішній діаметр 2-го сталевого шару труби, по якій рухається вторинний теплоносій;

зовнішній діаметр 2-го (сталевого) шару труби, по якій рухається вторинний теплоносій (там, де відсутня теплообмінна труба).

по якій рухається первинний теплоносій (там, де відсутня кожухова труба труба)

по якій рухається первинний теплоносій (там, де відсутня кожухова труба труба)

по якій рухається вторинний теплоносій (там, де відсутня теплообмінна труба)

по якій рухається вторинний теплоносій (там, де відсутня теплообмінна труба)

 

1.2.2 Розрахунок температури первинного теплоносія на виході з теплообмінного апарата

Розрахунок температури первинного теплоносія на виході з теплообмінного карата виконується за формулами, наведеними у п. 1.1.2. Значення коефіцієнта b', який враховує втрату теплоти у навколишнє середовище даним теплообмінним апаратом, приймають орієнтовно.

Температура первинного теплоносія на вході до теплообмінного апарата ― t₁’ = 142˚ C; температура вторинного теплоносія на вході до теплообмінного апарата ― t₂’ = 44 ˚ C; температура вторинного теплоносія на виході з теплообмінного апарата ― t₂’’ = 71˚ C; температура навколишнього середовища ― t_п = 11˚ C. Витрата первинного теплоносія ― G₁ = 2100 кг/год; витрата вторинного теплоносія G₂ = 1890 кг/год.

Кількість теплоти, яку сприймає вторинний теплоносій від первинного теплоносія обчислюється за формулою

де втрата вторинного теплоносія, кг/с; - температура вторинного 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.

201СТ-08008

Костенко

Кількість теплоти, котру сприймає вторинний теплоносій від первинного теплоносія, обчислюється за формулою

Вт

Температура первинного теплоносія на виході з теплообмінного апарата визначається за допомогою формул

=»

де - температура первинного теплоносія на вході до теплообмінного апарата, ˚ C;

- кількість теплоти, яку віддає первинний теплоносій вторинному теплоносію, Вт;

- кількість теплоти, котру сприймає вторинний теплоносій від первинного, Вт;

– втрата теплоти у навколишнє середовище теплообмінним апаратом;

значення коефіцієнта b спочатку береться орієнтовно;

– витрата первинного теплоносія, кг/с;

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

201СТ-08008

Костенко

1.2.3 Обчислення середнього коефіцієнта тепловіддачі

Середній коефіцієнт тепловіддачі від первинного теплоносія до внутрішньої поверхні стінки теплообмінної труби , визначається за рекомендаціями п 1.1.3 з урахуванням того, що - внутрішній діаметр 1-го шару (накипу) теплообмінної труби, м.

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

 

Знаходимо критерій 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 1-го шару (накипу) теплообмінної труби, м;

– коефіцієнт теплопровідності первинного теплоносія, Вт/(м ˚C);

– критерій Рейнольдса;

– коефіцієнт, який враховує зміну середнього коефіцієнта тепловіддачі за довжиною труби.(спочатку орієнтовно приймаємо )

Формула

використовується, якщо 10⁴<Re₁<10⁶; 0,6<Pr₁<2500

Знайдемо спочатку Re:

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

201СТ-08008

Костенко

Знайдемо :

 

Середня температура первинного теплоносія обчислюється за формулою

)=0,5(100+80) = 90 ˚C;

Знайдемо густину при температурі :

;

 

 

Знайдемо густину при температурі :

Швидкість первинного теплоносія:

Коефіцієнт Рейнольдса:

Отже, режим руху первинного теплоносія турбулентний.

 

 

Тепер знайдемо критерій Прандтля:

при температурі ˚C

При температурі

Розраховуємо критерій Нуссельта:

де знаходиться при температурі ˚C.

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

201СТ-08008

Костенко

1.2.4 Розрахунок середнього коефіцієнта тепловіддачі

Середній коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні стінки теплообмінної труби до вторинного теплоносія обчислюється за формулою, де еквівалентний діаметр кільцевого каналу , м, розраховується за формулою

а критерій Нуссельта при турбулентному режимі руху води в кільцевому каналі обчислюється за однією з формулою:

Критерій визначається при середній температурі зовнішньої поверхні стінки теплообмінної труби , °С, значення якої приймається орієнтовно.

Критерій Рейнольдса розраховується за формулою:

де діаметр

швидкість вторинного теплоносія, м/с, визначається за формулою:

 

де знаходиться при температурі

=998.575 ;

Знайдемо густину при температурі :

 

Знаходимо критерій при температурі :

=3,12

При температурі

 

 

При температурі

 

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

201СТ-08008

Костенко

1.2.5. Визначення лінійного коефіцієнта теплопередачі стінки теплообмінної труби

Лінійний коефіцієнт теплопередачі стінки теплообмінної труби, , визначається за формулою:

Лінійний опір теплопередачі стінки теплообмінної труби, , розраховується за формулою:

де лінійний опір тепловіддачі внутрішньої поверхні стінки теплообмінної

 

труби, ;

лінійний опір тепловіддачі зовнішньої поверхні стінки теплообмінної

труби, ;

 

лінійний термічний опір відповідно 1-го,2-го,3-го шарів

стінки теплообмінної труби.

, коефіцієнт теплопровідності матеріалу(накипу) відповідно 1-го та 3-го

 

шарів стінки

Теплообмінної труби, , приймаємо

коефіцієнт теплопровідності матеріалу (сталі) 2-го шару стінки теплообмінної труби, , визначається за додатком В залежно від середньої температури 2-го шару стінки теплообмінної труби , , яка розраховується за формулою:

 

 

де , середня температура внутрішньої і зовнішньої поверхонь 2-го шару теплообмінної труби, ; значення , приймаємо орієнтовно.

 

 

;

Лінійний коефіцієнт теплопередачі стінки теплообмінної труби:

100.5, ,

 

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

201СТ-08008

Костенко

1.2.6 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.

Тепловий розрахунок водо-водяного теплообмінного апарата

Вихідні данні

Розглядається нетеплоізольований водо-водяний теплообмінний апарат типу “труба у трубі” (Наявність накипу на стінках труб не враховується)

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

Внутрішній діаметр теплообмінної труби ― d₁ = 88 мм; зовнішній діаметр теплообмінної труби ― d₂ = 95 мм; внутрішній діаметр зовнішньої (кожухової) труби ― d₃ = 131 мм; зовнішній діаметр зовнішньої (кожухової) труби ― d₄ = 138 мм; внутрішній діаметр труби, по якій рухається вторинний теплоносій (там, де вітсутня теплообмінна труба), ― d₅ = 76 мм; зовнішній внутрішній діаметр труби, по якій рухається вторинний теплоносій (там, де вітсутня теплообмінна труба), ― d₆ = 82 мм.

Температура первинного теплоносія на вході до теплообмінного апарата ― t₁’ = 142˚ C; температура вторинного теплоносія на вході до теплообмінного апарата ― t₂’ = 44 ˚ C; температура вторинного теплоносія на виході з теплообмінного апарата ― t₂’’ = 71˚ C; температура навколишнього середовища ― t_п = 11˚ C. Витрата первинного теплоносія ― G₁ = 2100 кг/год; витрата вторинного теплоносія G₂ = 1890 кг/год.

Визначити: кількість секцій водо-водяного теплообмінного апарата.