Расчет теплоносителя

Задание

В одноходовом  кожухотрубном теплообменном аппарате горячий теплоноситель движется в межтрубном пространстве и охлаждается от температуры до .

Внутренний  диаметр кожуха аппарата . Холодный теплоноситель движется внутри металлических трубок. Холодный теплоноситель нагревается от до .

Число трубок в теплообменнике n = 49. Трубки теплообменника с внутренней стороны покрыты отложениями (накипью) толщиной   δ_нак=0,4·10^-3 м. Тепловая мощность, вносимая в ТОА, Q_вн = 420 кВт. Потери теплоты в окружающую среду составляют (1 – 0,97)·100, %.

Определить  поверхность нагрева F и число секций N теплообменника. Длина секции l_c = 5…12 м.

Расчет  провести для прямоточного и противоточного направлений движения теплоносителей, а также при наличии накипи на трубах и при её отсутствии.

Холодный  и горячий теплоносители –  вода.

 

Исходные  данные

Наименование величины	Обозначение	Значение	Единица измерения
Тепловой поток, вносимый в аппарат  горячим теплоносителем	Q1	420	кВт
Внутренний диаметр кожуха	D	203·10-3	м
Внутренний диаметр трубок	dв	14·10-3	м
Коэффициент теплопроводности материала трубок	λс	105·10-3	кВт/(м·К)
Холодный теплоноситель		вода
Температура на входе	t’2	10	°C
Температура на выходе	t’’2	55	°C
Наружный диаметр трубок	dн	16·10-3	м
Число трубок	n	49	шт
Толщина слоя накипи	dнак	0,4·10-3	м
Коэффициент теплопроводности накипи	λнак	0,9·10-3	кВт/(м·К)
Горячий теплоноситель		вода
Температура на входе	t’1	150	°C
Температура на выходе	t’’1	55	°C
Коэффициент использования теплоты	η	0,95
Ориентация пучка в пространстве		горизонтальная

 

Конструктивный тепловой расчет теплообменного аппарата

Вычисление  полезного теплового потока

 

где

 

 

Прямоток	Противоток
Температурный перепад между теплоносителем на концах аппарата
Средние логарифмические температурные  напоры

Графики изменения температуры теплоносителей по длине

Т.к. на графике  изменения температур при прямоточном теплообменнике полученные линии пересекаются, то прямоток невозможен.

 

Горячий теплоноситель – вода

1. Средняя температура теплоносителя

 

2. Вычисляем массовый расход горячего теплоносителя

 

Интерполируя по таблице, получаем .

 

3. Скорость теплоносителя

 

 

Интерполируя по таблице, получаем

 

4. Коэффициент теплопередачи между горячим теплоносителем и поверхностью стенки

а) Число Рейнольдса

 

 

Интерполируя по таблице, получаем

 

б) Подбираем критериальное уравнение

Поток в трубе; режим течения  – переходный;

 

 не учитываем;

в) Температура стенки

 

г) Интерполируя по таблицам, получаем

 

д) Число Нуссельта

 

е)

 

 

Холодный теплоноситель – вода

1)  
2) .

 

3)

 

4. Коэффициент теплопередачи между горячим теплоносителем и поверхностью стенки

а) Число Рейнольдса

 

 

 

б) Подбираем критериальное уравнение

Поток в трубе; режим течения  – переходный;

 

 не учитываем;

в) Температура стенки

 

г) Интерполируя по таблицам, получаем

 

д) Число Нуссельта

 

е)

 

Рассчитаем коэффициенты теплопередачи

 

1. с накипью

 

 

2. без накипи

 

 

Площадь теплообменника

 

Противоток  без накипи

 

Противоток  с накипью

 

Длина трубного пучка

 

Противоток  без накипи

 

 

С накипью

 

   

Результаты  теплового расчета ТОА

Наименование величины	Схема движения теплоносителя - противоток
Средний температурный напор, Dt, °C	116,05
Коэффициенты теплопередачи, K, Вт/(м2·К) при наличии накипи при отсутствии накипи	283,181 323,953
Поверхность нагрева F, м2 при наличии накипи при отсутствии накипи	28,773 25,152

Рекуперативный  теплообменник с трубчатой поверхностью теплообмена