Расчёт подогревателя воды

Такую же конструкцию применяют для охладителей воды. Только в этом случае особое внимание обращают на плотность прилегания направляющих перегородок к корпусу, чтобы исключить протечки воды через зазор между ними.

 

Рисунок 8 - Конструкция кожухотрубного двухходового охладителя воды из круглых трубок

 

 

2 Общие положения теплового расчета подогревателей и охладителей воды

 

 

При тепловом расчете подогревателей и охладителей воды допускают, что:

-паровое сопротивление (при паровом нагреве) равно нулю (близко к действительности);

-среднелогарифмическая разность температур определяется впредположении, что t^о греющей среды по всей длине корпуса постоянна (практически выполняется);

- t^о пара = t^о насыщения при давлении в корпусе;

- t^оконденсата греющего пара принимается на (3…5)^оС ниже t^о насыщения:

t_к = t₃ – (3…5) ^оС.

При этих допущениях формулы для теплового расчета подогревателей получат следующий вид:

Схема противотока

 

t₁t₂ вода

t₄t₃пар

 

 

Среднелогарифмическая разность температур

 

, ^оС (1)

Температура конденсата греющего пара

t_к = t₃ – (3…5) ^оС, иногда t_к = t₃ – (5–7) ^оС (2)

 

Теплота, отдаваемая греющим паром

r₃ = i₃ – t_к∙c_п, (3)

(c_п – удельная теплоемкость пара; c_п≈2000 )

Расход греющего пара

, (4)

 

η - коэффициент потерь тепла в окружающую среду (1,01 - 1,05)

Тепловой расчет подогревателя или охладителя сводится к определению величины теплообменной поверхности, числа трубок, их длины. Число ходов жидкости принимают от 2 до 8, скорость воды в трубах подогревателя от 1до 2,5 м/с.

В технических расчетах поверхность теплообмена подогревателей и охладителей определяют, предполагая, что коэффициент теплопередачи kпостоянен по всей поверхности (на установившемся режиме работы ТО). Для трубчатых ТА поверхность теплообмена обычно подсчитывают по наружной поверхности труб

Учет возможного загрязнения поверхности теплообменника в практических расчетах производят, вводя коэффициент загрязненияβз. Для пресной воды и воздуха β₃ = 0,85…0,95; для О и П масла и топлива β₃ = 0,65…0,85.

Численное значение k, восновном, обусловленозначением min из двух α, причем всегда В случае, если α₂ <<α₁, то kпрактически не зависит от α₁.

 

 

Коэффициент теплоотдачи при движении воды в трубах.

При развитом турбулентном течении Re³ 10⁴ коэффициент теплоотдачи от стенки к воде α₂из выражения

Nu =0,023Re ^0,8*Pr ^0,4илиNu =0,021Re ^0,8*Pr ^0,43(Pr/Pr_ст)^0,25

 

– характеризует гидродинамику, режим потока;

– характеризуетфизические свойства жидкости;

– характеризуетинтенсивность теплообмена.

При вычислении ,Re, за определяющую принимают tср охлаждающей воды, а при вычислении Prcт - t внутренней поверхности стенки трубыtствн.

При 2,3*10³<Re<10⁴(переходный режим) используют те же зависимости, но вводят поправочный множитель

 

=0,7…,98 =f(Re)-из таблицы Re-4*10³ – 9*10 ³

 

Re	4*103	5*103	6*103	7*103	8*103	9*103
	0,7	0,81	0,89	0,94	0,97	0,98

Коэффициент теплоотдачи при поперечном омывании пучка труб.

 

При коридорном расположении труб в пучке при 2*10 ²<Re< 2*10 ⁵

Nu =0,23*Re ^0,65 * Pr ^0,33 *(Pr/ Prст) ^0,25

при шахматном расположении

Nu =0,41*Re ^0,6 * Pr ^0,33 *(Pr/ Prст) ^0,25

Определяющие параметры:

· tср жидкости;

· скорость в самом узком сечении ряда;

· наружный диаметр трубки dнар,

При вычислении Prст - температура наружной поверхности.

 

В практических расчетах с учетом загрязнения среднее значениеα для всего пучка определяют по формулам:

 

Nu =0,18*Re ^0,64- коридорное расположение;

Nu =0,29*Re ^0,6 шахматное.

 

ПОРЯДОК ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ОХЛАДИТЕЛЯ ВОДЫ

Расчет охладителя подобен расчету подогревателя, за исключением определения коэффициентов теплоотдачи. Обычно внутри трубок циркулирует охлаждаемая вода – всегда пресная, а снаружи трубки омываются охлаждающей забортной водой, что позволяет применять v–образные трубки.

В охладителях возможны три схемы движения сред:

прямоток;

противоток;

комбинация противотока с поперечным обтеканием – применяют чаще всего.

 

 

Расчёт охладителя воды

Исходные данные:

Количество охлаждаемой пресной воды, т/ч.

Температура охлаждаемой воды на входе t₁, °С

Температура охлаждаемой воды на выходе t₂,°С

Количество охлаждающей морской воды, т/ч

Температура охлаждающей морской воды на входе в охладитель ,°С.

 

Тепловой расчёт

Принимаем схему охладителя. Например, трубчатый ТА с U–образными трубками.

Внутри трубок охлаждаемая вода, снаружи трубки омываются охлаждающей морской водой. Схема движения сред – комбинация противотока с поперечным обтеканием.

Повышение температуры охлаждающей воды в охладителе: , °С.

Температура охлаждающей воды на выходе из охладителя: .

Средняя логарифмическая разность температур охлаждаемой и охлаждающей воды:

 

Принимаем размеры трубок, скорость охлаждаемой пресной воды в трубках , число ходов охлаждаемой воды (2, 4 или 6).

Плотность охлаждаемой воды находим по справочным таблицам или определяем по формуле .

Число трубок в охладителе: ;если принятыU–образные трубки, то N_u=N/2.

Шаг трубок при разбивке по треугольнику: , мм.

Коэффициент заполнения трубной доски: при . С увеличением , уменьшается.

Диаметр гнезда трубок или диаметр трубной доски: , мм.

Внутренний диаметр корпуса охладителя: , мм.

Площадь поперечного сечения корпуса, свободная от трубок: , м².

Принимаем число ходов охлаждающей морской воды в корпусе: .

Средняя температура охлаждающей воды в охладителе: , °С.

Физические параметры охлаждающей воды при :

- плотность , кг/м³;

- коэффициент кинематической вязкости , м²/с;

- коэффициент теплопроводности , Вт/м*К.

Скорость охлаждающей воды в корпусе: , м/с.

Критерий Рейнольдса для охлаждающей воды: .

Критерий Нуссельта:

- для коридорного расположения трубок в пучке: ;

- для шахматного расположения труб:

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности трубки к охлаждающей морской воде:

, Вт/м²*К

Физические параметры охлаждаемой пресной воды при средней температуре :

- теплоёмкость , Дж/кг*К,

- коэффициент кинематической вязкости , м²/с

- коэффициент теплопроводности , Вт/м*К.

- критерий Прандтля .

Критерий Рейнольдса для потока охлаждаемой воды в трубках:

Критерий Нуссельта:

- при развитом турбулентном течении

- при переходном режиме течения

 

	0.7	0.81	0.89	0.94	0.97

 

Коэффициент теплоотдачи от пресной воды к внутренней поверхности трубки:

, Вт/м²*К.

Коэффициент теплопередачи, отнесённый к наружной поверхности трубок, от пресной воды к морской и с учётом загрязнения (0,85…0,95):

, Вт/м²*К

где - коэффициент теплопроводности материала трубок, Вт/м*К.

Сталь нержавеющая =45… 60 Вт/м*К; латунь =90…120Вт/м*К; медь =350...400Вт/м*К; мельхиор =30Вт/м*К; алюминий 200…210 Вт/м*К.

Поверхность охлаждения: , м².

Далее выполняется расчет конструктивных элементов пучка, корпуса и гидравлических сопротивлений.

Расчёт подогревателя воды

Исходные данные:

Количество подогреваемой воды ,т/ч

Давление греющего пара , МПа

Температура воды на входе t₁, °С

Тепловой расчёт

Принимаем схему подогревателя. Например, с U–образными трубками диаметром: .

Температуру насыщения и энтальпию пара (Дж/кг*К) при определяем по справочным таблицам для насыщенного водяного пара.

Принимаем температуру конденсата греющего пара , °С

Теплоёмкость греющего пара , Дж/кг*К – определяем по справочным таблицам:

Количество тепла, отдаваемого 1 кг греющего пара: , Дж/кг.

Температура воды на выходе из подогревателя: , °С.

Средняя логарифмическая разность температур в подогревателе:

Средняя температура воды в подогревателе: , °С.

Теплофизические свойства воды при :

- теплоёмкость , Дж/кг*К;

- коэффициент кинематической вязкости , м²/с

- коэффициент теплопроводности , Вт/м*К.

- критерий Прандтля .

Требуемое количество греющего пара: , где =1.01...1.05 – коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду.

Принимаем скорость движения воды в трубках .

Критерий Рейнольдса: .

Критерий Нуссельта:

- при развитом турбулентном течении ;

- при переходном режиме течения

 

Поправочный коэффициент выбирается из таблицы в зависимости от числа Рейнольдса:

	0.7	0.81	0.89	0.94	0.97

 

Коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности трубы к подогреваемой воде:

, Вт/м²*К.

Принимаем коэффициент теплоотдачи от пара к стенке трубы: Вт/м²*К.

Коэффициент теплопередачи, отнесённый к наружной поверхности трубок, от пара к воде с учётом загрязнения (0,85…0,95):

, Вт/м²*К

где - коэффициент теплопроводности материала трубок, Вт/м*К.

Сталь нержавеющая =45… 60 Вт/м*К; латунь =90…120Вт/м*К; медь =350...400Вт/м*К; мельхиор =30Вт/м*К; алюминий 200…210 Вт/м*К.

Поверхность теплообмена: , м².

 

Далее выполняется расчет конструктивных элементов пучка, корпуса и гидравлических сопротивлений.