Расчет коэффициентов теплопередачи




Раздел 2 Специальная часть

Выполнить тепловой расчет охладителя

Исходные данные для расчета охладителя пресной воды приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Исходные данные для расчета

Параметр Обозначение Размерность Значение
Объёмный расход пресной воды Qпв м3 8,0
Объёмный расход забортной воды Qзв м3 14,0
Температура пресной воды на входе tпввх °C  
Температура пресной воды на выходе tпввых °C  
Температура забортной воды на входе tзввх °C  

Расчет теплового баланса охладителя

Существует два вида тепловых расчетов теплообменных аппа­ратов: конструкторский (проектный) расчет и поверочный расчет.

Конструкторский расчет производят при проектировании теплообменного аппарата, когда известны или заданы расходы теплоносителей и их параметры на входе и выходе из теплообменного аппарата. Целью конструкторского расчета является определение, величины поверхности теплообмена выбранного типа теплообменного аппарата.

Поверочные тепловые расчеты выполняют для выявления воз­можности использования готовых или стандартных теплообменных аппаратов для тех или иных целей, определяемых технологическими требованиями.

Конструкторский расчет теплообменного аппарата непрерывного действия основан на совмест­ном решении уравнения теплового баланса и уравнения теплопере­дачи.

Уравнение теплового баланса в общем виде можно представить следующим образом:

, (2.1)

где - количество передаваемого тепла, ккал/ч; и - расходы первичного и вторичного теплоносителей со­ответственно, кг/ч; и - изменения энтальпий (теплосодержаний) теплоносите­лей, ккал/кг; - тепловые потери, ккал/ч.

Если тепловые потери в окружающую среду выражать в до­лях от количества тепла, полученного вторичным теплоносителем, то уравнение (2.1) примет следующий вид:

,(2.2)

где - коэффициент тепловых потерь, определяемый опытным пу­тем, он для кожутрубчатых ТОА находится в пределах 0,8-2,5 в зависимости от площади поверхности ТОА.

Расчет коэффициентов теплопередачи

Определение теплофизических свойств охлаждающей среды

Определение средней температуры пресной воды в теплообменнике:

tпвср = 0,5·(tпввх +tпввых), (2.3)

tпвср = 0,5·(47+36) = 41,5 °C

Определение плотности и теплоёмкости пресной воды при 41,5 °C по [16]:

Ρпв= 983 кг/м3, Cм = 4,163·103 Дж/кг·К

Определение массового расхода пресной воды:

Gпв = Qпв·ρпв, (2.4)

Gпв =(8000/3600)·983 = 2,22 кг/с

Определение количества отводимого тепла:

Q = Gпв·Cпв·(tпввх – tпввых), (2.5)

Q = 2,22·4,163·103 ·(47-36) = 520375 Дж/с

Принимаем температуру забортной воды на выходе tзввых =33,5 °C

 

Определение средней температуры забортной воды:

tзвср = 0,5·(tзввх + tзввых), (2.6)

tзвср = 0,5·(28 + 33,5) =30,75°C

Определяем плотность и теплоёмкость забортной воды при tзвср = 30,75 по [16]:

ρзв = 998,7 кг/м3, Cзв = 4,1795·103 Дж/кг·К.

Массовый расход забортной воды:

Gзв = Qзв · ρзв, (2.7)

Gзв =(14000/3600)·998,7 =3,88 кг/с.

В I приближении температура забортной воды tзввых.

tзввыхI = tзввх +[Q/(Cзв· Gзв)], (2.8)

tзввыхI =28 +[520375/(4,1795·3,88)] = 30,406°C

tзвср = 0,5·(tзввх + tзввыхI) = 0,5·(28 +28,406) = 28,2°C (2.9)

При tзвср = 28,2°C, Cзв = 4,189·103 Дж/кг·К.

Во II приближении температура забортной воды tзввых.

tзввыхII =28 +[520375/(4,189·3,88)] = 30,512°C (2.10)

Так как tзввыхI ~ tзввыхII принимаем окончательно tзввых =30,46°C

Средняя температура забортной воды на входе:

tзвср = 0,5·(tзввх + tзввых), (2.11)

tзвср = 0,5·(28 +30,46) = 29,23°C

Определяем теплофизические свойства забортной воды при данной температуре по [16]:

ρзв = 998,7 кг/м3 Cзв = 4,1795·103 Дж/кг·К Prзв =6,25

λзв = 43 ·10-2 Вт/м·К υзв = 0,91·106 м2/с μзв =776,1·106 Па·с

Принимаем скорость воды в трубках и материал трубок:

Wзв=2 м/с, материал – мельхиор (МНЖМц30-1-1) λтр = 195 Вт/м·К

Задаемся наружным диаметром трубок и толщиной стенки:

dн тр =0,010 м, δст =0,0012 м

 

Определяем число Рейнольдса для забортной воды:

Re = Wзв· dн тр/ υзв, (2.12)

Re = 2· 0,010/0,91·10-6 =21978,02

Задаемся шагом изменения температуры Δt = 2°C при 33°C < t <50°C.

Расчет коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи

Коэффициент теплоотдачи к воде при заданной температуре стенки:

αзв = 0,021·[λ/dвн]·Re 0,8·Pr 0,43 ·[Prж/Prст] 0,25, (2.13)

αзв = 0,021·[43·10-2/0,01]·21978,02 0,8·6,25 0,43 ·[6,25/3,1] 0,25 = 4370,8

Тепловой поток внутри трубок:

qзв = αзв·(tстзв- tзвср), (2.14)

qзв = 4370,8·(41,5-29,23)=141177,8

Температура стенки со стороны пресной воды:

tстпв = tстзв+ qзв·(δ/ λтр), (2.15)

tстпв =41,5 +141177,8·(0,0012/ 195)=42,37°C

Принимаем скорость течения воды в межтрубном пространстве Wпв = 2 м/с

Число Рейнольдса для пресной воды:

Reпв = Wпв· dн трпв, (2.16)

Reпв = 2· 0,010/0,47·10-6 =21276,59

Коэффициент теплоотдачи пресной воды к стенке:

αпв= 0,3 ·(λпв/dн тр)·Re 0,5 ·Pr 0,35 ·(Prж/Prст)0,14, (2.17)

αпв= 0,3 ·(66·10-6/0,016)·21276,59 0,5 ·3,2 0,35 ·(3,2/3,2)0,14 = 10787,9

Тепловой поток в межтрубном пространстве:

qпв = αпв ·(tпввх –tпвср), (2.18)

qпв = 10787,9 ·(41,5-29,23) = 39051,7

Расчет коэффициента теплопередачи:

К= 1/[(1/αпв)+(δстст)+(1/αзв), (2.19)

К=1/[(1/10787,9)+(0,0012/195)+(1/4370,8) = 2787,019 Вт/м2·К

 

 

Среднелогарифмический температурный напор.

Δt =[(tпввх-tзввых)-(tпввых-tзввх)]/ln[(tпввх-tзввых)-(tпввых-tзввых)], (2.20)

Δt =[(47-30,46)-(36-28)]/ln[(47-33,5)-(36-33,5)] =32,558°С

Принимаем число ходов охлаждающей воды zзв=2 и коэффициент заполнения трубной доски ηтр = 0,85.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-10-25 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: