 |
Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | |
Примеры расчета водонагревателей
|
|
В качестве конкретного примера, приводятся расчеты водоводяного и пароводяного теплообменников. Исходные данные находятся в таблице 8.1. Задание: провести конструкторский, поверочный и гидравлический расчеты водонагревателей; определить коэффициент удержания тепла; выполнить расчет трубной решетки пароводяного подогоревателя (с вычерчиванием эскиза решетки на формате А4). Водоводяной подогреватель вычерчивается на листе формата А4, пароводяной на формате А2.
Примеры расчетов сведены в таблицы 8.2 и 8.3. В таблицах 8.4÷8.8 приведены справочные материалы, необходимые для выполнения курсового проекта.
Таблица 8.1
Варианты исходных данных к курсовому проекту
| Предпоследняя цифра шифра | Давление греющего пара P, МПа | Степень сухости пара Х | Температура греющей воды на | Последняя цифра шифра | Температура нагреваемой воды на | Тепловая нагрузка, Q, кВт | ||
входе,
 , ºС
| выходе,
 , ºС
| входе,
 , ºС
| выходе,
 , ºС
| |||||
| 0,2 | 0,88 | |||||||
| 0,3 | 0,89 | |||||||
| 0,4 | 0,90 | |||||||
| 0,45 | 0,91 | |||||||
| 0,5 | 0,92 | |||||||
| 0,6 | 0,93 | |||||||
| 0,7 | 0,94 | |||||||
| 0,8 | 0,95 | |||||||
| 0,9 | 0,96 | |||||||
| 1,0 | 0,97 |
Исходными данными для расчета водоводяного теплообменника являются:
1. 
– тепловая нагрузка теплообменника, кВт;
2. 
– температура греющей воды на входе в теплообменный аппарат, ºС;
3. 
– температура греющей воды на выходе из теплообменного аппарата, ºС;
4. 
– температура нагреваемой воды на входе в теплообменный аппарат, ºС;
5. 
– температура нагреваемой воды на выходе из теплообменного аппарата, ºС;
Исходными данными для расчета пароводяного теплообменника являются:
1. – тепловая нагрузка теплообменника, кВт;
2. 
– давление греющего пара на входе в теплообменный аппарат, МПа;
3. 
– степень сухости пара;
4. – температура нагреваемой воды на входе в теплообменный аппарат, ºС;
– температура нагреваемой воды на выходе из теплообменного аппарата, ºС.
Таблица 8.2
Пример расчета водоводяного теплообменника
| № | Рассчитываемая величина | Обозначение | Единица измерения | Обоснование или расчетная формула | Расчет | |||||
| Исходные данные | ||||||||||
| Тепловая нагрузка | Q | кВт | По заданию | |||||||
| Температура греющей воды на входе в подогреватель |
| ºС | - | |||||||
| Температура греющей воды на выходе из подогревателя |
| ºС | - | |||||||
| Температура нагреваемой воды на входе в подогреватель |
| ºС | - | |||||||
| Температура нагреваемой воды на выходе из подогревателя |
| ºС | - | |||||||
| Средняя температура греющей воды | 
| ºС | 
| 0,5(80+170)=125 | ||||||
| Средняя температура нагреваемой воды | 
| ºС | 
| 0,5(70+110)=90 | ||||||
| Теплофизические характеристики греющей воды: | Определяются по табл. 8.4 | |||||||||
| ρ 1 | кг/м3 | То же | ||||||||
| λ 1 | Вт/м·К | - | 68,6·10-2 | |||||||
| ν 1 | м2/с | - | 0,243·10-6 | |||||||
| Pr 1 | - | - | 1,42 | |||||||
| Cp 1 | кДж/кг·К | - | 4,26 | |||||||
| Теплофизические характеристики нагреваемой воды: | Определяются по табл. 8.4 | |||||||||
| ρ 2 | кг/м3 | - | ||||||||
| λ 2 | Вт/м·К | - | 67,6·10-2 | |||||||
| ν 2 | м2/с | - | 0,326·10-6 | |||||||
| Pr 2 | - | - | 1,97 | |||||||
| Cp 2 | кДж/кг·К | - | 4,208 | |||||||
Продолжение таблицы 8.2
| № | Рассчитываемая величина | Обозначение | Единица измерения | Обоснование или расчетная формула | Расчет | |||||
| Исходные данные | ||||||||||
| Средняя температура стенки трубы | 
| ºС | 
| 0,5(125+90)=108 | ||||||
| Значение критерия Прандтля для воды | Pr w | Определяется по табл. 8.4 | 1,65 | |||||||
| Скорость движения воды в трубках | W 2 | Принимается согласно в интервале от 0,5 до 3 м/с | ||||||||
| Внутренний диаметр трубок | d вн | м | То же | 0,014 | ||||||
| Наружный диаметр трубок | d н | м | - | 0,016 | ||||||
| Средний диаметр трубок | d cp | м | 0,5(d н + d вн) | 0,5(0,014+0,016)= =0,015 | ||||||
| Толщина трубок | δ | м | 0,5(d н – d вн) | 0,5(0,016-0,014)= =0,001 | ||||||
| Коэффициент теплопроводности материала трубок | λ | Вт/м·К | Определяется в зависимости от материала трубок [3] | 105 (для латуни) | ||||||
| Коэффициент удержания тепла | η | - | Принимается в пределах от 0,97 до 0,98 | 0,98 | ||||||
| Коэффициент загрязнения | β | - | Определяется по табл. 2.1 | 0,7 | ||||||
| Конструкторский расчет | ||||||||||
| Расход греющей воды | G 1 | кг/с | 
| 
| ||||||
| Расход нагреваемой воды | G 2 | кг/с | 
| 
| ||||||
| Среднелогарифмический температурный напор | Δ t ср | ºС | 
| 
| ||||||
Продолжение табл. 8.2
| № | Рассчитываемая величина | Обозначение | Единица измерения | Обоснование или расчетная формула | Расчет | |
| Площадь проходного сечения трубок | f тр | м2 | 
| 
| ||
| Технические характеристики стандартного подогревателя: | Определяются по табл. 8.6 | |||||
| м2 | - | 0,0057 | |||
| м2 | - | 0,0122 | |||
| Z | шт. | - | ||||
| Д в | м | - | 0,158 | |||
| L | м | - | 2 или 4 | |||
| Скорость движения воды в трубках | 
| м/с | 
| 
| ||
| Скорость движения воды в межтрубном пространстве | 
| м/с | 
| 
| ||
| Эквивалентный диаметр для межтрубного пространства | d э | м | 
| 
| ||
| Значение числа Рейнольдса для греющей воды | Re 1 | - | 
| 
| ||
| Значение числа Рейнольдса для нагреваемой воды | Re 2 | - | 
| 
| ||
| Значение числа Нуссельта для греющей воды | Nu 1 | - | 
| 
| ||
| Значение числа Нуссельта для нагреваемой воды | Nu 2 | - | 
| 
| ||
| Коэффициент теплоотдачи снаружи трубок | α 1 | Вт/м2 К | 
| 
|
Продолжение таблицы 8.2
| № | Рассчитываемая величина | Обозначение | Единица измерения | Обоснование или расчетная формула | Расчет | ||||
| Конструкторский расчет | |||||||||
| Коэффициент теплоотдачи внутри трубок | α 2 | Вт/м2 К | 
| 
| |||||
| Коэффициент теплопередачи | k | Вт/м2 К | 
| 
| |||||
| Расчетная поверхность нагрева теплообменного аппарата | Fp | м2 | 
| 
| |||||
| Длина хода воды в трубках | L тр | м | 
| 
| |||||
| Число секций | n | шт. | 
| 
Принимаем 5 секций
| |||||
| Поверхность нагрева аппарата | F | м2 | 
| 
| |||||
| Поверочный расчет | |||||||||
| Водяной эквивалент первичного теплоносителя | 
| кВт/К | 
| 
| |||||
| Водяной эквивалент вторичного теплоносителя | 
| кВт/К | 
| 
| |||||
| Число единиц переноса тепла | 
| - | 
| 
| |||||
| Отношение водяных эквивалентов | 
| - | - | 
| |||||
| Эффективность водоводяного теплообменника | 
| - | 
| 0,91 | |||||
| Тепловая нагрузка | 
| кВт | 
| 
| |||||
Продолжение таблицы 8.2
| № | Рассчитываемая величина | Обозначение | Единица измерения | Обоснование или расчетная формула | Расчет |
| Значения температур теплоносителей на выходе из теплообменника: | 
| ºС ºС | 
| 
| |
| Гидравлический расчет | |||||
| Объемный расход теплоносителя | D | м3/с | 
| 
| |
| Коэффициент потерь на трение | 
| - | 
| 
| |
| Линейные потери давления на трение | 
| Па | 
|  
| |
| Сумма коэффициентов местных сопротивлений (ξi определяется по табл.4.2) | 
| - | 
| 
| |
| Потери давления в местных сопротивлениях | 
| Па | 
| 
| |
| Полное гидравлическое сопротивление (С определяется по табл. 4.1) | 
| Па | 
| 
| |
Мощность насоса
( определяется по табл.2.20 [6])
| 
| Вт | 
| 
|
Продолжение таблицы 8.2
| Исходные данные для расчета коэффициента удержания тепла | |||||
| Температура стенки подогревателя | 
| ºС | Принимается по ср. температуре греющей воды ()
| ||
| Температура окружающего воздуха | 
| ºС | Определяется по табл. 8.8 | ||
| Коэффициент температурного расширения воздуха | 
| К-1 | 
| 
| |
| Коэффициент кинематической вязкости воздуха | 
| м2/с | Определяется по табл. 8.8 | 
| |
| Коэффициент теплопроводности воздуха | 
| Вт м/К | Определяется по табл. 8.8 | 
| |
| Критерий Прандтля | 
| - | Определяется по табл. 8.8 | 0,703 | |
| Степень черноты | 
| - | - | 0,8 | |
| Коэффициент излучения абсолютно черного тела | 
| Вт м2/ К4 | - | 5,67 | |
| Расчет коэффициента удержания тепла | |||||
| Критерий Грасгофа | 
| - | 
|  
| |
| Критерий Релея | 
| - | 
| 
| |
| Коэффициенты, зависящие от режима течения жидкости | 
| - | Определяются по таблице 5.1 | 0,135 | |
| 0,333 | ||||
| Критерий Нуссельта | 
| - | 
| 
|
Окончание таблицы 8.2
| Коэффициент теплоотдачи конвекцией | 
| Вт м2/К | 
| 
| |
| Коэффициент теплоотдачи излучением | 
| Вт м2/К | 
| 
 
| |
| Суммарный коэффициент теплоотдачи | 
| Вт м2/К | 
| 
| |
| Площадь поверхности теплообменника | 
| м2 |  
|    
| |
| Количество теряющегося тепла | 
| кВт | 
| 
| |
| Коэффициент удержания тепла | 
| - | 
| 
|
Таблица 8.3
Пример расчета пароводяного теплообменника
| № | Рассчитываемая величина | Обозначение | Единица измерения | Обоснование или расчетная формула | Расчет |
| Исходные данные | |||||
| Тепловая нагрузка | 
| кВт | По заданию | ||
| Давление насыщенного пара | P | МПа | - | 0,4 | |
| Степень сухости пара | X | - | - | 0,9 | |
| Температура нагреваемой воды на входе в подогреватель |
| ºС | - | ||
| Температура нагреваемой воды на выходе из подогревателя |
| ºС | - | ||
| Теплота парообразования | r | кДж/кг | Определяются по табл. 8.5 | ||
| Температура пара | 
| ºС | - | 142,9 | |
| Средняя температура нагреваемой воды |
| ºС | 
| 0,5(70+110)=90 | |
| Средняя температура стенки трубок | 
| ºС | 
| 0,5(142,9+90)=116,5 | |
| Теплофизические характеристики воды: | Определяются по  (табл. 8.4)
| ||||
| ρ 2 | кг/м3 | - | |||
| Cp 2 | кДж/кг·К | То же | 4,208 | ||
| λ 2 | Вт/м·К | - | 67,60·10-2 | ||
| ν 2 | м2/с | - | 0,326·10-6 | ||
| Pr 2 | - | - | 1,97 | ||
| Значение критерия Прандтля для воды | Pr w | - | Определяется по табл. 8.4 | 1,54 | |
| Средняя температура пленки конденсата | 
| ºС | 
| 0,5(142,9+116,5)= =129,7 | |
| Плотность конденсата | ρ | кг/м3 | Определяется по табл. 8.4 | 934,82 |
Продолжение таблицы 8.3
| № | Рассчитываемая величина | Обозначение | Единица измерения | Обоснование или расчетная формула | Расчет | ||
| Исходные данные | |||||||
| Коэффициент теплопроводности конденсата | λ | Вт/м·К | - | 0,686 | |||
| Коэффициент кинематической вязкости конденсата | ν | м2/с | - | 0,233·10-6 | |||
| Внутренний диаметр трубок | d вн | м | - | 0,014 | |||
| Наружный диаметр трубок | d н | м | - | 0,016 | |||
| Средний диаметр трубок | d cp | м | - | 0,015 | |||
| Толщина трубок | δ | м | - | 0,001 | |||
| Коэффициент теплопроводности материала трубок | λ | Вт/м·К | Определяется в зависимости от материала трубок [3] | 105 (для латуни) | |||
| Скорость движения воды в трубках | W 2 | м/с | Принимается согласно в интервале от 0,5 до 3 м/с | ||||
| Коэффициент удержания тепла | η | - | Принимается в пределах от 0,97 до 0,98 | 0,98 | |||
| Коэффициент загрязнения | β | - | Определяется по табл. 2.1 | 0,80 | |||
| Конструкторский расчет | |||||||
| Расход пара | G 1 | кг/с | 
| 
| |||
| Расход нагреваемой воды | G 2 | кг/с | 
| 
| |||
Продолжение таблицы 8.3
| № | Рассчитываемая величина | Обозначение | Единица измерения | Обоснование или расчетная формула | Расчет |
| Среднелогарифмический температурный напор | Δ t ср | ºС | 
| 
| |
| Коэффициент теплопередачи | k | Вт/м2 · К | Предварительно задается в пределах от 2500 до 2900 | ||
| Число трубок в одном ходе | n 0 | шт. | 
| 
| |
| Длина трубок одноходового теплообменника | L тр | м | 
| 
| |
| Число ходов воды в аппарате | - | - | Если L тр< 8 м; n = 2 Если L тр> 8 м; n = 4 | 3,77 < 8 Принимаем n = 2 | |
| Общее число трубок в корпусе | Z | шт. | 
| 
| |
| Значение Рейнольдса для воды | Re 2 | - | 
| 
| |
| Значение Нуссельта | Nu 2 | - | 
| 
| |
| Коэффициент теплоотдачи внутри трубок | 
| Вт/м2 · К | 
| 
| |
| Приведенное число трубок в вертикальном ряду | m cp | шт. | 
| 
| |
| Выражение | 
| - | По рисунку 2.4. | 1+1+0,9+0,85+ +0,8+0,76+0,72+ +0,7+0,67=7,4 |
Продолжение таблицы 8.3
| № | Рассчитываемая величина | Обозначение | Единица измерения | Обоснование или расчетная формула | Расчет |
| Конструкторский расчет | |||||
| Поправочный коэффициент | у | - | 
| 
| |
| Коэффициент теплоотдачи от одиночной трубы | 
| Вт/м2 · К | 
| 
| |
| Коэффициент теплоотдачи от пучка труб | α 1 | Вт/м2 · К | 
| 
| |
| Коэффициент теплопередачи | k | Вт/м2 · К |
| 
| |
| Расчетная поверхность нагрева теплообменного аппарата | F р | м2 | 
| 
| |
| Уточненное значение температуры стенки |
| ºС | 
| 
| |
| Технические характеристики стандартного теплообменного аппарата: | Определяются по табл. 8.7 | ||||
| m / | шт. | - | m/ = 8,5 | ||
| F Т | м2 | - | F Т = 6,3 | ||
|
| м2 | - | 
| ||
| Z | шт. | - | Z = 68 | ||
| L | м | - | L = 2 | ||
| Уточненное значение скорости движения воды в трубках | 
| м/с | 
| 
| |
| Уточненное значение критерия Рейнольдса | 
| - | 
| 
|
Продолжение таблицы 8.3
| № | Рассчитываемая величина | Обозначение | Единица измерения | Обоснование или расчетная формула | Расчет |
| Конструкторский расчет | |||||
| Уточненное значение коэффициентов теплоотдачи: | 
| Вт/м · К | 
| 
| |
| Вт/м · К | 
| 
| ||
| Уточненное значение коэффициента теплопередачи | k | Вт/м · К | 
| 
| |
| Расчетная поверхность нагрева пароводяного теплообменного аппарата | F p | м2 | 
| 
| |
| Поверочный расчет | |||||
| Водяной эквивалент воды | 
| Вт/ºС | 
| 
| |
| Число единиц переноса тепла | 
| - | 
| 
| |
| Эффективность пароводяного теплообменника |
| - | 
| 
| |
| Тепловая нагрузка | 
| кВт | 
| 
| |
| Температура воды на выходе из теплообменника |
| ºС | 
| 
| |
| Гидравлический расчет | |||||
| Объемный расход теплоносителя | D | м3/с | 
| 
| |
| Коэффициент потерь на трение | 
| - | 
|  
| |
| Линейные потери давления на трение | 
| Па | 
|  
|
Продолжение таблицы 8.3
| № | Рассчитываемая величина | Обозначение | Единица измерения | Обоснование или расчетная формула | Расчет |
| Сумма коэффициентов местных сопротивлений (ξi определяется по табл.4.2) | 
| - | 
| 
| |
| Потери давления в местных сопротивлениях | 
| Па | 
| 
| |
| Полное гидравлическое сопротивление (С определяется по табл. 4.1) | 
| Па | 
| 
| |
| Мощность насоса
( определяется по табл. 2.20 [6])
| 
| Вт | 
| 
| |
| Исходные данные для расчета коэффициента удержания тепла | |||||
| Температура стенки подогревателя |
| ºС | Принимается по температуре пара | 142,9 | |
| Температура окружающего воздуха |
| ºС | Определяется по табл. 8.8 | ||
| Коэффициент температурного расширения воздуха |
| К-1 |
|
| |
| Коэффициент кинематической вязкости воздуха |
| м2/с | Определяется по табл. 8.8 |
| |
| Коэффициент теплопроводности воздуха |
| Вт м/К | Определяется по табл. 8.8 | 
| |
| Критерий Прандтля |
| - | Определяется по табл. 8.8 | 0,703 | |
| Степень черноты |
| - | - | 0,8 | |
| Коэффициент излучения абсолютно черного тела |
| Вт м2/ К4 | - | 5,67 |
Окончание таблицы 8.3
| № | Рассчитываемая величина | Обозначение | Единица измерения | Обоснование или расчетная формула | Расчет |
| Расчет коэффициента удержания тепла | |||||
| Критерий Грасгофа |
| - |
|  
| |
| Критерий Релея |
| - |
| 
| |
| Коэффициенты, зависящие от режима течения жидкости |
| - | Определяются по таблице 5.1 | 0,135 | |
|
| - | 0,333 | |||
| Критерий Нуссельта |
| - |
| 
| |
| Коэффициент теплоотдачи конвекцией |
| Вт м2/К |
| 
| |
| Коэффициент теплоотдачи излучением |
| Вт м2/К |
| 
 
| |
| Суммарный коэффициент теплоотдачи |
| Вт м2/К |
| 
| |
| Площадь поверхности теплообменника |
| м2 | 
|  
| |
| Количество теряющегося тепла |
| кВт |
| 
| |
| Коэффициент удержания тепла |
| - |
| 
|
Таблица 8.4
Физические свойства воды на линии насыщения
| t н, ºС | ρ, кг/м3 | С р, кДж/кг·К | λ ·102, Вт/м · К | ν ·106, м2/с | Pr |
| 0,1 | 999,9 | 4,212 | 55,1 | 1,789 | 13,67 |
| 999,7 | 4,191 | 57,4 | 1,306 | 9,52 | |
| 998,2 | 4,183 | 59,9 | 1,006 | 7,02 | |
| 995,7 | 4,174 | 61,8 | 0,805 | 5,42 | |
| 992,2 | 4,174 | 63,5 | 0,659 | 4,32 | |
| 988,1 | 4,174 | 64,8 | 0,556 | 3,54 | |
| 983,2 | 4,179 | 65,9 | 0,478 | 2,98 | |
| 977,8 | 4,187 | 66,8 | 0,415 | 2,55 | |
| 971,8 | 4,195 | 67,5 | 0,365 | 2,21 | |
| 965,3 | 4,208 | 68,0 | 0,326 | 1,95 | |
| 958,4 | 4,220 | 68,3 | 0,295 | 1,75 | |
| 951,0 | 4,233 | 68,5 | 0,272 | 1,60 | |
| 943,1 | 4,250 | 68,6 | 0,252 | 1,47 | |
| 934,8 | 4,266 | 68,6 | 0,233 | 1,36 | |
| 926,1 | 4,287 | 68,5 | 0,217 | 1,26 | |
| 917,0 | 4,313 | 68,4 | 0,203 | 1,17 | |
| 907,4 | 4,346 | 68,3 | 0,191 | 1,10 | |
| 897,3 | 4,380 | 67,9 | 0,181 | 1,05 | |
| 886,9 | 4,417 | 67,4 | 0,173 | 1,00 | |
| 876,0 | 4,459 | 67,0 | 0,165 | 0,96 | |
| 863,0 | 4,505 | 66,3 | 0,15 | 0,43 |
Таблица 8.5
Параметры насыщенного водяного пара
| P, мПа | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1,0 |
| t, ºС | 99,64 | 120,23 | 133,53 | 143,62 | 151,84 | 158,84 | 164,96 | 170,42 | 175,35 | 179,88 |
| r, кДж/кг |
Таблица 8.6
Технические характеристики водоводяных подогревателей
по отраслевым стандартам ОСТ 34-588-68
| Обозначение | Наружный и внутренний диаметры корпуса, мм | Длина подогревателя с калачами, мм | Число трубок, шт. | Площадь поверхности нагрева, м2 | Площадь живого сечения, м2 | |
| трубок | межтрубного пространства | |||||
| 01 ОСТ 34-558-68 02 ОСТ 34-558-68 | 57/50 | 0,37 0,75 | 0,00062 | 0,00116 | ||
| 03 ОСТ 34-558-68 04 ОСТ 34-558-68 | 76/69 | 0,65 1,31 | 0,00108
Дата публикования: 2015-04-07; Прочитано: 1183 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!  |