Приклад розрахунку

ВИХІДНІ ДАНІ

1. Об’ємна витрата гарячого теплоносія, м³/с ......…………………...… 3,5

2. Об’ємна витрата холодного теплоносія, м³/с ………………..…...… 3,0

3. Початкова температура гарячого теплоносія, ^оС ……………....….. 1000

4. Початкова температура холодного теплоносія, ^оС …………………... 15

5. Кінцева температура холодного теплоносія, ^оС …………………..… 350

6. Середня швидкість гарячого теплоносія, м/с ………………….….… 2,5

7. Середня швидкість холодного теплоносія, м/с ………….……..….… 5,0

8. Об'ємний вміст випромінюючих газів у гарячому теплоносії, %

r_CO2 ………………………………………………………….………...... 10,0

r_H2O………………………………………………………...………….... 14,0

9. Тиск гарячого теплоносія, Па……………….....……...........…………1,0·10⁵

10. Внутрішній діаметр труб, м ………………………………………….. 0,03

11. Зовнішній діаметр труб, м …………………………………..……..... 0,035

12. Коефіцієнт теплопровідності матеріалу труб, Вт/(м·К)….………...… 55

13. Теплові втрати крізь стінки рекуператора ....………………...……... 0,04

14. Крок труб у поперечному напряму по ходу руху теплоносія, м…..... 0,06

15. Крок труб у повздовжньому напряму, м …....………......………………0,07

16. Тип пучка труб… ..…………………………………………коридорний

17. Схема руху теплоносія…………………........................................прямотечія

18. Місце руху гарячого теплоносія …………….....………...……........ зовні

19. Міра чорноти поверхні труб ……………………………………….. 0,78

1. Тепловий розрахунок

1.1. Визначення кінцевої температури гарячого теплоносія

1.1.1. Тепловий потік, сприйнятий холодним теплоносієм, може бути визначений:

.

Оскільки ^oC, ^oC, то значення об'ємної вибраної теплоємності холодного носія, середньої в інтервалі температур від до визначаємо за формулою (2.2)

.

Для ^оС, знаходимо С з дод. 7, інтерполюючи за формулою

.

С = 1,299 .

С = 1,369 .

.

кВт.

1.1.2. Для визначення об'ємної ізобарної теплоємності гарячого теплоносія необхідно скористатися такою умовою:

витрата гарячого теплоносія V₁=3,5м³ /с,

витрата холодного теплоносія V₂=3,0 м³/с,

складаючи співвідношення, одержимо:

3,0 м³/с = 100%

3,5 м³/с = х %,

де ,

тобто об'ємна витрата гарячого теплоносія на 16% більше, ніж холодного. Отже можна припустити, що зміна температури гарячого теплоносія приблизно на 16% менше, ніж холодного. Якщо температура холодного теплоносія на вході і виході з рекуператора відповідно рівна t =15 ^oC, t = 350 ^oC, то можна підрахувати на скільки нагрівся холодний теплоносій t₂ = t -t =350–15=335^oC.

За початковими даними температура гарячого теплоносія на вході 1000С. Враховуючи, що зміна температури гарячого теплоносія на 16% менше, ніж холодного, t₁=335-335·0,16=281 ^oC, знайдемо температуру гарячого теплоносія на виході з рекуператора t = 1000-281 = 719С.

Теплоємність суміші визначається за формулою (2.4).

Суміш димових газів – це з'єднання азоту, вуглекислого газу, водяної пари.

Із співвідношення:

.

Оскільки з початкових даних:

=10%=0,1 =14% =0,14, то =1-(0,10+0,14)=0,76.

З дод. 5 визначаємо , , при С і :

а) для СО₂, кДж/(м³К)

,

,

б) для Н₂О, кДж/(м³К)

=1,646,

,

в) для N₂, кДж/(м³К)

,

,

Теплоємність суміші

1.1.3. Знайдемо температуру гарячого теплоносія вкінці апарату , ^оС.

З теплового балансу виходить, що :

Отже ^оС.

1.2 Розрахунок коефіцієнтів тепловіддачі конвекцією при русі теплоносіїв усередині труб і міжтрубному просторі

1.2.1. Середня температура гарячого теплоносія і Т₁, К

.

1.2.2. Середня температура холодного теплоносія і Т₂, К

,

.

1.2.3. Середня дійсна швидкість гарячого теплоносія, м/с

.

1.2.4. Середня дійсна швидкість холодного теплоносія, м/с

.

При ⁰С визначимо значення решти фізичних параметрів гарячого теплоносія, використовуючи дод. 6:

а) коефіцієнт кінематичної в’язкості, м²/с

б) коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м·К)

в) число Прандтля

Для холодного теплоносія при , використовуючи дод.7:

а) коефіцієнт кінематичної в’язкості, м²/с

,

,

б) коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м·К)

,

в) число Прандтля

1.2.5. Число Рейнольда для потоку гарячого теплоносія

Формула прийме вигляд

.

Оскільки гарячий теплоносій рухається зовні увдовж труб, то

м.

1.2.6 Число Грасгофа для гарячого теплоносія

,

де ,

.

Коефіцієнт об'ємного розширення для газових середовищ, 1/К розраховується

.

1.2.7. Розраховуємо Nu_ж1.

За початковими даними димові гази рухаються в між трубному просторі уздовж труб, тому використовується рівняння (2.11). Оскільки , знаходиться в межах 2320<Rе_ж1<10000, то це перехідний режим, тому показник В знаходимо з дод. 8 залежно від значення Re_ж1.

c·Re 12,2,

m=0 .

Значення Pr_ст для газів мало відрізняється від Pr_ж1, тому можна вважати, що .

За даних умов гарячий теплоносій рухається зовні уздовж труб, тому використовується наступне узагальнене рівняння подібності тепловіддачі:

Nu_ж1

1.2.8. За числом Nu_ж1 знаходимо конвективний коефіцієнт тепловіддачі, Вт/(м²К)

1.2.9. Визначаємо число Рейнольдса Re_ж2 для холодного теплоносія:

Re_ж2 = .

1.2.10. Визначення Nu_ж2.

Оскільки холодний теплоносій рухається усередині труб, то для визначення Nu_ж2 теж використовується рівняння (2.11).

Визначальною температурою є t₂, а визначальним розміром d_в. Оскільки Re_ж2=7631,5 знаходиться в межах 2320<Rе_ж2<10000, то це перехідний процес і показник В беремо з дод. 8 .

cRe 25,8,

m=0 .

Значення Pr_ст для газів мало відрізняється від Pr_ж2, тому можна вважати, що .

Тоді одержуємо

.

За числом знаходимо конвективний коефіцієнт тепловіддачі, Вт/(м²К)

.