Расчёт рекуперативного теплообменного аппарата
Иваново 2010
1. Расчётная часть
Определим внутренний диаметр корпуса теплообменника.
Исходя из того, что нам задано общее число трубок в теплообменном аппарате n=130, выбираем из таблицы 1 [1] при расположении трубок по концентрическим окружностям число трубок – 130. Тогда число труб по диагонали = 13.
Наружный диаметр трубок задан и равняется dнар=22 мм.
Шаг труб выбираем из соотношения S=(1,31,5) dнар=28.633, принимаем S=30 мм.
k6 мм – кольцевой зазор между трубами и корпусом, принимаем k=10 мм.
мм.
Задаём температуру холодного теплоносителя на выходе из теплообменника.
Температура насыщенного сухого водяного пара при Рн=0.6 бар:
0С.
.
Примем =32.44 0С.
Определяем расход холодного теплоносителя G2 из уравнения неразрывности.
;
м2;
Средняя температура холодного теплоносителя:
0С;
Из таблицы 8 [2] выписываем параметры холодного теплоносителя:
кг/м3;
Дж/кгК;
кг/с.
Из уравнения теплового баланса находим тепловую мощность аппарата Q.
Вт.
Строим график изменения температур теплоносителя вдоль поверхности нагрева t=f(F) и рассчитываем среднюю температуру теплоносителей .
График изменения температуры теплоносителя вдоль поверхности нагрева
;
;
, значит определяется как среднее арифметическое:
;
0С.
Определение коэффициента теплопередачи k.
;
Теплофизические свойства материала трубок таблица 6 [3] (Сталь 2Х13): ;
Толщина стенки δ=0,5 (dнар-dвн)=0,5 (22–16)=3 мм
Определение и .
Задаёмся
,
– коэффициент теплоотдачи при конденсации водяного пара на одиночной горизонтальной трубе.
,
где из таблиц 8 и 9 [2]
при Топр = Тнас = 85,95 0C.
– коэффициент теплопередачи при вынужденном движении текучей среды в прямых гладких трубах.
Определяем критерий Рейнольдса.
0С;
м2/с;
Вт/мК.
>104 режим турбулентный.
Значит, средняя теплоотдача рассчитывается по формуле Михеева:
,
-поправка, учитывающая изменение физических свойств среды от температуры.
Из таблицы 8 [2]:
По t0 = 23,22 0С находим Prf = 6,5048
По tw2 = 53,59 0С находим Prw =3,321
– поправка на изменение коэффициента теплоотдачи на начальном участке гидродинамической стабилизации.
, значит =1.
Тогда, .
.
Определяем k:
Т.к. при расчетах температуры стенок были заданы приближенно, то их необходимо уточнить. Для этого определим удельный тепловой поток исходя из температур теплоносителей:
.
Температуры стенок могут быть найдены из выражений:
,
0С,
0С.
Пересчитаем α1 и α2:
При =45,11 0С найдём значения Prw:
Prw=3,917,
.
.
.
Уточним коэффициент теплопередачи:
Ещё раз определим значения температур стенок:
,
0С,
0С.
Пересчитаем α1 и α2:
При =46,53 0С найдём значения Prw:
Prw=3,807,
.
.
.
Уточним коэффициент теплопередачи:
Ещё раз определим значения температур стенок:
,
0С,
0С.
Т.к. расхождение с предыдущими температурами менее 1%, то полученную в последнем приближении величину k=2934,02 Вт/м2К будем считать окончательной.
2. ............
