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
	ρ 1	кг/м3	-
	λ 1	Вт/м·К	-	68,6·10-2
	ν 1	м2/с	-	0,243·10-6
	Pr 1	-	-	1,42
	Cp 1	кДж/кг·К	-	4,26
	Теплофизические характеристики нагреваемой воды:	Определяются по табл. 8.4
	ρ 2	кг/м3	-
	λ 2	Вт/м·К	-	67,6·10-2
	ν 2	м2/с	-	0,326·10-6
	Pr 2	-	-	1,97
	Cp 2	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	Pr w	Определяется по табл. 8.4	1,65
	Скорость движения воды в трубках	W 2	Принимается в интервале от 0,5 до 3 м/с
	Внутренний диаметр трубок	d вн	м	-	0,014
	Наружный диаметр трубок	d н	м	-	0,016
	Средний диаметр трубок	d cp	м	0,5(d н + d вн)	0,5(0,014+0,016) =0,015
	Толщина трубок	δ	м	0,5(d н – d вн)	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	G 1	кг/с
	Расход нагреваемой воды	G 2	кг/с
	Среднелогарифмический температурный напор	Δ t ср	ºС

Продолжение табл. 3.2

№	Рассчитываемая величина	Обозначение	Единица измерения	Обоснование или расчетная формула	Расчет
	Площадь проходного сечения трубок	f тр	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	d э	м
	Значение числа Рейнольдса для греющей воды	Re 1	-
	Значение числа Рейнольдса для нагреваемой воды	Re 2	-
	Значение числа Нуссельта для греющей воды	Nu 1	-
	Значение числа Нуссельта для нагреваемой воды	Nu 2	-
	Коэффициент теплоотдачи снаружи трубок	α 1	Вт/м2 К

Продолжение таблицы 3.2

№	Рассчитываемая величина	Обозначение	Единица измерения	Обоснование или расчетная формула	Расчет
Конструкторский расчет
	Коэффициент теплоотдачи внутри трубок	α 2	Вт/м2 К
	Коэффициент теплопередачи	k	Вт/м2 К
	Расчетная поверхность нагрева теплообменного аппарата	Fp	м2
	Длина хода воды в трубках	L тр	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

t, 0С	mcp, кДж/(кмоль К)
О2	N2	CO2	H2O	Воздух
	29,278	29,022	35,865	33,503	29,077
	29,542	29,052	38,117	33,746	29,156
	29,935	29,135	40,065	34,123	29,303
	30,404	29,290	41,760	34,579	29,525
	30,882	29,504	43,255	35,094	29,793
	31,338	29,768	44,579	35,634	30,099

Приложение Б