ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.02.2019
Просмотров: 671
Скачиваний: 1
Исходные данные на расчет
ORIGIN
1
:=
Массовый расход воды в экономайзере
G2
175
:=
кг
с
Температура воды на входе в экономайзер
t'2
108
:=
°C
Давление воды на входе в экономайзер
p2
30
:=
бар
Температура воды на выходе из экономайзера
t"2
200
:=
°C
Массовый расход дымовых газов
G1
450
:=
кг
с
Температура газа перед экономайзером
t'1
350
:=
°C
Скорость движения воды внутри труб
ww
0.80000000000000004
:=
м
с
Скорость газов в узком сечении трубного пучка:
wг
8
14
-
(
)
=
м
с
Диаметры стальных труб:
d1
0.044
:=
м d2
0.051
:=
м
Трубы расположены в шахмотном порядке с поперечным шагом
S1
2.2999999999999998
d2
0.117
=
:=
м
и с продольным шагом:
S2
2.2000000000000002
d2
0.112
=
:=
м
Требуется:
1. Определить поверхность нагрева экономайзера, его основные размеры и конструктивные
характеристики (длину и число параллельно включенных змеевиков, число рядов труб по ходу
газов, число труб в ряду и др.
P.s. зададимся 10-ю значениями скорости газов в заданном интервале
wг
8
8.667
9.334
10.001
10.668
11.335
12.002
12.669
13.336
14
:=
м
с
Пункт №1
Выполлним конструкторский тепловой расчет водяного экономайзера, целью
которого является определение поверхности нагрева экономайзера , его основных
размеров и контрукторских характеристик.
Перед выполнением расчета необходимо сказать, что водяной экономайзер-
рекуперативный теплообменник, не имеющий отдельного корпуса и расположенный в
конвективной шахте. Подогрев воды в экономайзере осуществляется за счет
продуктов сгорания (т.е за счет дымовых газов). Схема движения близка к
перекрестному току.
В данном теплообменнике значение теплового потока зависит от температур
теплоносителей и коэффициента теплопередачи.
1.1 Средняя температура воды в экономайзере( приближенно считаем, что
температруа воды в экономайзере изменяется по линейному закону)
t2
t"2 t'2
+
2
154
=
:=
°C
Для данной температуры определим средние физические свойства воды при ее
протекании через водяной экономайзер:
ρв
911.24
:=
кг
м
3
cp.в
4.333
:=
λв
68.34 10
2
-
:=
Вт
м К
νв
0.21 10
6
-
:=
Prв
1.134
:=
кДж
кг К
м
2
c
1.2 Тепловой поток в экономайзере
Тепловой поток в экономайзере определим, используя первое начало термодинамики
на течения теплоносителя в канале
dq
dh
wdw
+
gdx
+
dlтех
+
=
Приняв скорость движения постоянной,отсутствие технической работы в
экономайзере, малость значения потенциальной энергии потока по сравнению с
изменением энтальпии воды при прохождении экономайзера, перейдя от удельных
величин домножением на расход,используя определение энтальпии(для идеальной
жидкости) - получим:
Q
G2 cp.в
t"2 t'2
-
(
)
69761.3
=
:=
кДж
кг
1.3.3 Третья итерация
В третьей итерации определим среднюю температуру газов при прохождении
экономайзера, по ней же определим среднюю теплоемкость газов(по срденей
температуре газов), далее рассчитаем температуру газов за экономайзером и
сравним ее с температурой,полученной в результате второй итерации.
1.3 Температура газов при прохождеии через экономайзер
Зная температуру газов перед экономайзером, значение теплового потока в
экономайзере, определим температуру газов за экономайзером и среднюю
температуру газов при прохождении через экономайзер методом
итераций(последовательных приближений).При этом, будем считать, что метод
последовательных приближений - выполнен, если температура в последующем
приближении будет мало отличаться от температуры в предыдущей итерации.
1.3.1 При определении температуры газов, необходимо рассмотреть уравнение
теплового баланса.
Рассматривая контрольный обьем, граничная поверхность которого совпадает с
граничной поверхностью теплообменного аппарата, на основании первого закона
термодинамики можно записать:
G1 h"1 h'1
-
(
)
G2 h"2 h'2
-
(
)
+
0
=
G1 h'1 h"1
-
(
)
G2 h"2 h'2
-
(
)
=
--- уравнение теплового баланса.
Согласно данному уравнению количество теплоты Q,передаваемое в единицу
времени через поверхность теплообмена от горячего теплоносителя к
холодному(тепловая мощность аппарата)- постоянно во всем обьеме, занимаемым
экономайзером.
где
Q
G2 cp.в
t"2 t'2
-
(
)
=
G1 cp.г
t'1 t"1
-
(
)
=
1.3.2 Первая итерация
В первой итерации положим, что средняя теплоемкость газов при прохождении
экономайзера равна теплоемкости газов перед экономайзером:
t'1
350
=
°C
cp.г
1.1365
:=
кДж
кг К
Тогда температура газов за экономайзером:
t"1
t'1
Q
G1
cp.г
-
213.594
=
:=
°C
1.3.3 Вторая итерация
Во второй итерации определим среднюю температуру газов при прохождении
экономайзера, по ней же определим среднюю теплоемкость газов(по срденей
температуре газов), далее рассчитаем температуру газов за экономайзером и
сравним ее с температурой,полученной в результате первой итерации.
t1
t'1
t"1
+
2
281.797
=
:=
°C
Этой температуре соответсвует:
cp.г
1.146
:=
кДж
кг К
Температура газов за экономайзером тогда:
t"1
t'1
Q
G1
cp.г
-
214.725
=
:=
°C
1.4.3 Определим безразмерный коэффициент теплоотдачи, т.е. число Нуссельта (при
стабилизированном течении и теплообмене), используя формулу Петухова.
При определении числа Нуссельта положим, что змеевиковая труба,по которой течет
вода - длинная, т.е
l
d
50
, в этом случае не будем учитывать влияние начального
участка трубы.
Nu02
ξ
8
Re2
Prв
1
1
900
Re2
+
12.7
ξ
8
Prв
2
3
1
-
+
410.666
=
:=
t1
t'1
t"1
+
2
282.363
=
:=
°C
Этой температуре соответсвует:
cp.г
1.146
:=
кДж
кг К
Температура газов за экономайзером тогда:
t"1
t'1
Q
G1 cp.г
-
214.725
=
:=
°C
Как видим, температура газов за экономайзером во третьей итерации не
изменилась,это говорит о том, что выполнение метода последовательных
приближений можно завершить, приняв значения температуры газа на выходе из
экономайзера, и средней температуры газов,протекающих в экономайзере, равными
результатам, полученным в третьей итерации.
1.4 Коэффициент теплоотдачи в экономайзере(от стенки трубы к воде).
1.4.1 Определим число Рейнольдса для данной рабочей среды (воды).
Re2
ww d2
νв
1.943
10
5
=
:=
>4000 Следовательно, режим течения воды в
экономайзере- турбулентный
1.4.2 Определим коэффициент трения
ξ
0.79
ln
Re2
8
2
-
0.016
=
:=
1.4.4 Для учета зависимости физических свойств теплоносителя от температуры
необходимо ввести поправку εt. Для этого определим заранее температуру стенки,
как среднее арифметическое между средними температурами газов и воды. В
дальнейшем, при нахождении температуры стенки внтури трубопровода - уточним
значение полученного коэффициента теплоотдачи.
Т.е для температуры стенки
tc
t2 t1
+
2
218.181
=
:=
°C
кг
м
3
ρс
850.527
:=
νс
0.152 10
6
-
:=
м
2
c
Prс
0.906
:=
Па с
Определим динамический коэффициент вязкости
μс
ρс νс
1.293
10
4
-
=
:=
μж
νв ρв
1.914
10
4
-
=
:=
Для средней температуры воды в экономайзере
Па с
Тогда поправка,учитывающая зависимость физических свойств теплоносителя от
температуры
εt
μс
μж
0.11
-
1.044
=
:=
1.4.5 Значение безразмерного коэффициента теплоотдачи с учетом зависимости
физических свойств теплоносителя от температуры:
Nu2
Nu02 εt
428.77
=
:=
1.4.6 Тогда средний коэффицент теплоотдачи в экономайзере составит:
Вт
м
2
K
α2
Nu2 λв
d1
6659.573
=
:=
1.5 Температурный напор
Как уже было сказано раньше схема движения теплоносителей- перекрестный ток, т.е
сложная. В этом случае выразим температурный напор как среднелогарифмический
температурный напор для противотока, соответсвующий наиболее эффективному
теплопереносу, умноженый на поправочный коэффициент, являющийся функцией
параметров P и R.
1.5.1 Cреднелогарифмический температурный напор для противотока
Δtпрот
t'1 t"2
-
(
)
t"1 t'2
-
(
)
-
ln
t'1 t"2
-
t"1 t'2
-
127.137
=
:=
°C
1.5.2 Поправочный коэффициент
P
t"2 t'2
-
t'1 t'2
-
0.38
=
:=
R
t'1 t"1
-
t"2 t'2
-
1.47
=
:=
Т.к поправочный коэффициент есть функция от параметров P и R, определим его из
следующего графика: