Теплотехнический расчет первого рода.
1. Теплофизические и другие свойства горячего и холодного теплоносителя обычно определяют при средней его температуре. Средняя температура горячего теплоносителя (керосина) равна (tcp)
0С.
При этой температуре теплоемкость Срт=2,83 кДж/кг∙К; коэффициент теплопроводности l=0,08 Вт/м∙К; коэффициент кинематической вязкости n=0,3∙10-6 м2/с; плотность ρ=650 кг/м3. Критерий Прандтля Pr=7.
Средняя температура холодного теплоносителя неизвестна, так как неизвестна его конечная температура. Поэтому теплофизические и другие свойства теплоносителя в данном случае необходимо определить при начальной его температуре t1, а после нахождения конечной температуры из уравнения теплового баланса, можно найти уже среднюю температуру и по ней уточнить значения теплофизических и других свойств холодного теплоносителя (по методу последовательного приближения).
При температуре t1=100 0С, теплоемкость нефти Срт=2,3 кДж/кг∙К,
коэффициент вязкости n=2,02∙10-6 м2/с, Критерий Прандтля Pr=35, плотность ρ=810 кг/м3.
2. Из уравнения теплового баланса находим мощность теплообменного аппарата Q и конечную температуру нагреваемого потока t2.
кВт;
0С,
т.е средняя температура нагреваемого потока составит
tср= 
=113,2 0С,
т.к. средняя температура потока практически мало отличается от его начальной температуры, то найденные раннее значения теплофизических и других параметров при температуре t1=100 0С можно не уточнять, т.е. они будут практически совпадать.
3. Средняя разность температур между нагревающим и нагреваемым потоками находится с учетом уравнений 12.2 и 12.7:
Характеристическая разность температур
=86,4 0С.
Средняя арифметическая разность температур
0С.
Наибольшая q1 и наименьшая q2 разность температур
0С;
0С.
Средняя логарифмическая разность температур:
0С.
4. Предварительное определение водяного эквивалента поверхности нагрева (KF) и самой поверхности нагрева (F) – уравнение 12.1:
Вт/0С.
Так как в качестве теплоносителей выбраны нефть и керосин, то коэффициент теплопередачи от жидкости к жидкости можно принять равным К=200 Вт/м2∙0С, тогда:
м2.
5. Осуществляем выбор теплообменного аппарата и его конструктивные характеристики. Выбираем аппарат ТТ-22 (ТТ – условное обозначение аппарата «труба в трубе»). При выборе теплообменного аппарата необходимо пользоваться справочной литературой.
В выбранном теплообменном аппарате число потоков 22, число теплообменных труб 44, длина труб – 6 м.
Номинальная площадь живого сечения внутри теплообменных труб f1=277 см2, поверхность сечения кольцевого пространства f2=680 см2.
В дальнейших расчетах принимаем, что в трубах течет керосин, а в межтрубном пространстве нефть.
6. Линейная скорость горячего теплоносителя протекающего в межтрубном пространстве:
м/с.
Скорость холодного теплоносителя, протекающего в межтрубном пространстве:
м/с.
Внутренний диаметр теплообменных труб d1=dвн= 40 мм = 0,04 м
Диаметр кожуховых труб d2=0,079 м
Толщина стенок теплообменных труб δ=4 мм.
Значение скорости диаметра и вязкости жидкости дает основание определить число Рейнольдса ReI и ReII.
7. Число Рейнольдса для керосина:
.
8. Число Рейнольдса для нефти:
;
м.
Численные значения ReI и ReII дают основание утверждать, что в трубах и в межтрубном пространстве имеет место установившееся турбулентное движение.
9. При Re>104 критерий Нуссельта для последующего определения коэффициента теплоотдачи a можно определять по уравнению:
.
Температуру стенки tс для определения по ней Prc определяют как среднюю температуру между горячим и холодным теплоносителем
0С.
При такой температуре Prc1 = 6,8 для керосина; для нефти Prc2 = 4,6, следовательно
;
.
10. Коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке определяется соотношением:
Вт/м2∙К.
11. Коэффициент теплоотдачи от стенки к холодному теплоносителю:
Вт/м2∙К.
12. Дополнительные тепловые сопротивления разделяющих потоки стенок и загрязненней определяются соотношениями:
,
где 
- тепловое сопротивление от загрязнений поверхности стенок керосином
м2∙К/Вт,
- тепловое сопротивление от загрязнения стенки нефтью
м2∙К/Вт,
- тепловое сопротивление стенки
м2∙К/Вт,
Следовательно
м2∙К/Вт.
Определим расчетное значение коэффициента теплопередачи:
Вт/м2∙К.
Сравнивая полученное значение Кр с выбранным 200 Вт/м2∙К видим существенную разницу в них. В этом случае расчеты необходимо повторить, взять в качестве исходного значения, значение, полученное расчетным путем и вновь получить Кр. Если они при повторном расчете окажутся близкими, то полученное принимают за базовое и расчеты продолжают дальше.
В данном случае: Fp=46,47 м2
Возьмем тот же тип аппарата Т-22 с номинальной поверхностью F=44м2 так, что расчетная поверхность больше номинальной. При значительном различии в величинах К и Кр, F и Fр, необходимо провести расчеты 2-го рода на основе принятых Кр и Fр для определения того количества тепла, которое будет передаваться аппаратом и определения конечных температур теплоносителей t2 и τ2.
Дата добавления: 2016-02-27; просмотров: 1138;