3 Расчет рекуперативных теплообменных аппаратов

3.1 Определение тепловой мощности

Тепловую мощность теплообменника можно вычислить из уравнения теплового баланса в зависимости от того, какой расход теплоносителя задан.

, (1)

где с_р1 и с_р2 – массовые изобарные теплоемкости теплоносителей, кДж/(кгК), принимаются по справочным таблицам приложения в зависимости от вида теплоносителя при его средней температуре. Для воды с_р=4,19 кДж/(кгК);

_{Т –} поверхностный КПД теплообменника, при хорошей теплоизоляции корпуса теплообменника. _Т =0,90…0,95. у отопительных приборов _Т =1,0;

m_t1 и m_t2 – массовый расход холодного теплоносителя на входе и выходе аппарата, кг/с;

t₁^’ и t₁^’’ – температура холодного теплоносителя на входе и выходе аппарата, Дж / (кг ∙ К).

Горячим теплоносителям является пар, то левая часть теплового баланса имеет вид:

Ф=D(h_n-h_k), (2)

где D – расход пара, кг/с;

h_n- энтальпия пара, определяется по диаграмме h,s- водяного пара в зависимости от давления как энтальпия сухого насыщенного пара (кДж/кг).

h_k- энтальпия конденсата, кДж/ кг, определяется как энтальпия жидкости; считают, что в теплообменнике конденсат не переохлаждается (кДж/кг).

С_р2 = 4,19 (кДж/(кг*К))

Ф₂=0,5*4,19*(90 – 65) = 52,4 (Вт)

3.2 Расчет расхода теплоносителя.

Расход пара:

h_п=2710кДж*кг (h,s диаграмма)

h_к=264,72кДж*кг

3.3 Определение среднего температурного напора При нелинейном характере изменений температуры теплоносителей, температурный «напор» между ними определяется как среднелогарифмический

,

где t_- наибольшая разность температур между теплоносителями, ⁰С;

t_м- наименьшая разность температур, ⁰С;

t_ = 120⁰ – 65⁰ = 55⁰

t_м = 120⁰ – 90⁰ = 30⁰

- для прямотока имеет вид:

- для противотока имеет вид:

3.4 Определение коэффициента теплоотдачи

Как коэффициент теплообмена  можно определить из критериального уравнения:

Nu= С·Re^m·Prⁿ·Gr^k (Р_rж / Р_rc) ^0,25 , (7)

где , число Нуссельта, определяет интенсивность теплообмена;

, число Рейнольдса, характеризует режим движения теплоносителя;

число Грасгофа, выражает влияние на теплоотдачу гравитационных сил и температурного расширения;

, число Прандтля, характеризует влияние на теплоотдачу физических свойств теплоносителя;

(Р_rж / Р_rc) ^0,25 , отношение учитывает изменение свойств теплоносителя по толщине пограничного слоя.

Постоянная С и показатели m,n,k определяются экспериментально на моделях геометрического и физического подобия.

- для вертикально расположенных труб:

= 0,943

где - плотность жидкости, кг/м³;

r- теплота парообразования, равная теплоте конденсации пара, кДж/кг;

g- ускорение свободного падения, м²/с;

- кинематическая вязкость жидкости, м²/с;

t_н- температура насыщения пара при заданном давлении, ⁰С;

t_с- температура стенки, принимается приближенно:

-Находим :

= 0,943

Определение режима движения холодного теплоносителя:

U=0,75м/с, d_вн = 0,016м, t_{ср.хол.теп.н.} = (90⁰+65⁰)=77,5⁰.

Отсюда, табличные значения : =0,38*10^-6 (м²/с) и Pr =2,31; t_{ср.стенки ж.}= =98,8⁰, Pr =1,75.

(режим турбулентный)

-для случая турбулентного течения:

Nu= 0,021Re^0,8·Pr^0,43(Pr_ж / Рr_с)^0,25ε_l . ,ε_l=1(табл.зн.)

Nu= 0,021*31579^0,8·2,31^0,43(2,31 / 1,75)^0,25*1= 0,021*3976,7*1,43*1,07*1=

=127,8.

-Находим ₂:

₂= ₂=

5. Расчет коэффициента теплопередачи через тонкостенные трубы

Для данного расчета можно пользоваться формулой для плоской стенки:

где - толщина стенки трубы, м.,(=(0,5(d_н-d_в));

_ст- теплопроводность материала стенки трубы (для стали _ст=50 Вт/(м К),

3.6 Определение площади поверхности нагрева

Площадь поверхности нагрева теплообменного аппарата определяется из уравнения теплопередачи:

где Δt_ср – средняя разность температур, К.

Так как, при прямотоке и противотоке температура нагрева неизменна, значит площадь нагрева в обоих случаях одинакова.

3.7 Расчет количества труб

Для определения количества трубы необходимо площадь А разделить на площадь поверхности нагрева одной трубки

-трубки расположены вертикально:

где H- высота трубы,м.

Библиографический список

1. Амирханов, Р.А. Проектирование систем теплоснабжения сельского хозяйства [Текст] : учеб. пособие / Р.А. Амирханов, Б.Х. Драганов. – Краснодар: 2001.-200 с.

2. Захаров, А.А. Практикум по применению теплоты и теплоснабжению в сельском хозяйстве [Текст] : учебник / А.А. Захаров. - М.: Колос, 1995. – 176 с.

3. Баскаков, А.П. Теплотехника [Текст] : учебник / А.П. Баскаков – М.: Энергоатомиздат, 1991.- 223 с.

4. Крутова, В.И. Теплотехника / [Текст] : учебник / В.И. Крутова. – М.: Машиностроение, 1986. – 432 с.

5. Соколов, Е.Я. Теплофикация и тепловые сети / [Текст] : учебник / Е.Я. Соколов. - М.: МЭИ, 1999 – 472 с.

6. Раддатие К.Ф., Полторецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности / [Текст] : справочник / К.Ф. Раддатие, А.Н. Полторецкий. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 487 с.