2.2), интерполируя, находим: коэффициент теплопроводности Вт/(мК); кинематический коэффициент вязкости м2/с; число Прандтля Так как подразумеваем сделать теплопередающие трубки из латуни, изменение температуры по толщине поверхности теплообмена мало. Кроме того, прогнозируемые значения коэффициентов теплоотдачи имеют один и тот же порядок. Следовательно в первом приближении станем полагать:
Для данной температуры из таблиц теплофизических свойств воды, интерполируя, определяем число Прандтля при температуре стенки со стороны подогревающего и со стороны подогреваемого теплоносителей:
Находим коэффициент теплоотдачи к подогреваемому теплоносителю, передвигающемуся в трубках. Для расчета позволительно применять какую либо формулу для нахождения среднего коэффициента теплоотдачи при перемещении жидкости в трубе. В таковых формулах определяющим критерием подобия считается число Рейнольдса. Применительно к решаемой задаче оно равно (22)Так как число Рейнольдса превышает его критическое значение, т. е., режим течения в трубках турбулентный. Поэтому применима формула М. А. Михеева [1]: (23)Подставляя в формулу численные значения, находим число Нуссельта: (24)В итоге получаем численное значение среднего по поверхности теплообмена коэффициента теплоотдачи от стенки к нагреваемой жидкости:
Вт/(м2К). (25)Дальше рассчитываем средний по поверхности теплообмена коэффициент теплоотдачи от подогревающего теплоносителя, передвигающегося в межтрубном пространстве. Для средней температуры подогревающего теплоносителяиз таблиц теплофизических свойств воды (табл. 2.2) находим: коэффициент теплопроводности Вт/(мК); кинематический коэффициент вязкости м2/с; число Прандтля .Для каналов сложной геометрии в качестве характерного размера можно использовать эквивалентный диаметргде — площадь сечения, через которое протекает теплоноситель, м2; — смоченный периметр поперечного сечения, м. Применительно к решаемой задаче, в соответствии с рис. 2.2, эквивалентный диаметр канала, по которому движется греющий теплоноситель:
Число Рейнольдса для потока греющего теплоносителя.
Рассчитываем число Нуссельта для греющего теплоносителя:
Коэффициент теплоотдачи от греющего теплоносителя:
Вт/(м2К).С учетом того, что толщина стенки теплопередающих трубок м, а коэффициент теплопроводности латуни, из которой они будут изготовлены Вт/(м· К), рассчитываем коэффициент теплопередачи.
Так как в рассматриваемом случае то, с достаточной точностью можно вести расчет, использую среднюю арифметическую разность температур:
Средняя плотность передаваемого теплового потока.
Температура наружной поверхности теплопередающей трубки.
Температура внутренней поверхности теплопередающей трубки.
Из полученных численных значений температур наружной и внутренней поверхностей теплопередающих трубок видно, что они различаются незначительно. Поэтому, число Прандтля при температуре жидкости равной температуре стенки можно взять из таблиц теплофизических свойств воды, полагая, что. В результате получаем уточненные значения. Теперь можно рассчитать уточненное соотношение:(в первом приближении было принято: Точно так же рассчитываем уточненное соотношение (в первом приближении было принято: Таким образом, теперь можно перейти к заключительной стадии конструктивного расчета — окончательному определению поверхности теплообмена и длины трубного пучка:
2.3. Поверочный расчет теплообменника.
Поверочный расчет заключается в том, что для стандартного или вновь разработанного теплообменника при известных расходах греющего и нагреваемого теплоносителей G1, G2, их начальных температурах t′1, t′2 и площади поверхности теплообмена F требуется определить конечные значения температур теплоносителей t″1, t″2, а также передаваемый тепловой поток. Известно [4], что конечные температуры обоих теплоносителей t″1 и t″2 можно рассчитать с помощью уравненийгде E —эффективность теплообменника, т. е. отношение теплового потока, передаваемого в теплообменнике в действительности к его теоретически максимально возможной величине; — теплоемкость греющего и нагреваемого теплоносителя; — наименьшее из произведений и. В технической литературе эти произведения обычно называют водяными эквивалентами и, соответственно, обозначают индексами С1 и С2. В случае прямоточной схемы движения теплоносителей совместное решение уравнений теплопередачи и теплового баланса дает следующее выражение для эффективности теплообменного аппарата:(26)где;; ;N —число единиц переноса; Cmin, Cmax— меньший и больший водяной эквивалент теплоносителей. В случае противоточной схемы движения теплоносителей (27)Применительно к решаемой задаче имеем:(28)Сконструированный теплообменник выполнен по противоточной схеме движения теплоносителей. Поэтому имеем:
В результатетемпературы греющего и нагреваемого теплоносителей на выходе из теплообменника соответственно равны:
Вывод. Результаты поверочного расчета подтверждают соответствие конструктивного расчета исходным требованиям на проектирование рекуператора.
Заключение
.
Приведенная методика конструктивного расчета рекуператора дает представление о предпосылках и очередности определения главных геометрических размеров рекуператора, соответственных начальным данным на проектирование. Рассмотренный способ поверочного расчета теплообменника дает возможность установить температуры греющего и нагреваемого теплоносителей на выходе из рекуператора, если известны их расходы и начальные температуры, а также главные геометрические размеры теплообменника. Список используемой литературы1. Исаченко В. П. Теплопередача / В. П. Исаченко, В. А. Осипова, А. С. Сукомел.—М.: Энергоиздат, 1981.—416 с.
2. Краснощеков Е. А. Задачник по теплопередаче.—М.:Энергия, 1980.—288 с.
3. Справочник по теплообменникам, т. 2 / пер. с англ. под ред. О. Г. Мартыненко и др.—М.: Энергоатомиздат, 1987.—352 с.
4. Бакластов А. М. Промышленные тепломассообменные процессы и установки / А. М. Бакластов, В. А. Горбенко, О. Л. Данилов и др.—М.: Энергоатомиздат, 1986.—328 с.
5. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод). Издание 2-е, переработанное / Под редакцией Кузнецова Н. В. и др.- М.: Энергия, 1973.-296с.
6. Ривкин С. Л., Александров А. А. Теплофизические свойства воды и водяного пара.
М.: Энергия, 1960. 424с.
7. Гусев Ю. Л. Основы проектирования котельных установок.
М.: Стройиздат, 1973. 248с.
8. Эстеркин Ю. М. Промышленные парогенерирующие установки.: Энергия,-1980 г.
9. Липов Ю. М. Компоновка и тепловой расчет парового котла.
М.: Энергоатомоиздат,-1988 г.
10. Будников Г. В. Проектирование топок промышленных парогенераторов. — Куйбышев: Авиационный институт,-1980 г.
11. Основные процессы и аппараты химической технологии (Под редакцией Ю. И. Дытнерского — Москва, Химия, 1983 г.) — Пособие по проектированию12. Н. Ю. Смирнов и др. Разработка конструкции химического аппарата и его графической модели (чертежа общего вида). Методические указания № 887, Иваново, 2004 г.
13. Лебедев В. Я. и др. Расчет и проектирование теплоиспользующего оборудования. Методическое пособие кафедры, Иваново, 1992 г.
14. М. И. Пасманик, Б.А. Сасс-Тисовский, Л. М. Якименко. Производство хлора и каустической соды. Справочник, Москва, издательство «Химия», 1966 г.
15. К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л. Химия, 1987 г.
