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 (t_cp)

⁰С.

При этой температуре теплоемкость С_рт=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 С_рт=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

t_ср= =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=d_вн= 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 Re_I и Re_II.

7. Число Рейнольдса для керосина:

.

8. Число Рейнольдса для нефти:

;

м.

Численные значения Re_I и Re_II 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 t_с для определения по ней Pr_c определяют как среднюю температуру между горячим и холодным теплоносителем

⁰С.

При такой температуре Pr_c1 = 6,8 для керосина; для нефти Pr_c2 = 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 К_р 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 К_р. Если они при повторном расчете окажутся близкими, то полученное принимают за базовое и расчеты продолжают дальше.

В данном случае: F_p=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 К_р, F и F_р, необходимо провести расчеты 2-го рода на основе принятых К_р и F_р для определения того количества тепла, которое будет передаваться аппаратом и определения конечных температур теплоносителей t₂ и τ₂.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: