- •Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
- •1.Розрахунок теплообмінного апарату (та)
- •1.1. Вибір швидкості гарячого теплоносія в трубах
- •1.2. Розрахунок масової витрати гарячого теплоносія
- •1.3 Розрахунок площі поперечного перерізу трубки для гарячого теплоносія
- •1.5 Розрахунок фактичної швидкості руху гарячого теплоносія
- •1.9. Розрахунок процесу теплообміну в теплообмінному апараті( друге наближення )
- •1.10. Розрахунок процесу теплообміну в теплообмінному апараті( третє наближення )
- •1.8.2. Розрахунок теплообміну ззовні трубок
- •1.8.3.Розрахунок коефіцієнта теплопередачі
- •1.8.4. Розрахунок температури стінок трубок
- •1.11. Розрахунок довжини теплообмінного апарату
- •2. Розрахунок теплотраси
- •2.1. Розрахунок гарячої гілки теплотраси
- •2.1.1. Розрахунок діаметру трубопроводу
- •2.1.2. Розрахунок втрат тепла з поверхні трубопроводу
- •2.1.3. Втрати тепла з гарячої гілки теплотраси
- •2.1.4. Критичний діаметр ізоляції
- •2.2. Розрахунок холодної гілки теплотраси
- •2.2.1. Розрахунок діаметру трубопроводу
- •2.2.2. Розрахунок втрат тепла з поверхні трубопроводу
- •2.2.3. Втрати тепла з холодної гілки теплотраси
- •2.2.4. Критичний діаметр ізоляції.
- •3. Розрахунок котла
- •3.1. Розрахувати сумарні втрати тепла з поверхні котла.
- •3.2. Визначення товщини ізоляції котла
- •3.3. Внутрішній баланс котла
- •3.3.1. Знаходження конвективної складової балансу
- •3.3.2. Розрахунок степеня чорноти димових газів
- •3.3.3 Розрахунок променевої складової балансу.
- •3.4 Розрахунок фактичних розмірів котла
- •3.5. Розрахунок котла (друге наближення)
- •3.5.1.Розрахунок втрат тепла з поверхні котла
- •3.5.2. Внутрішній баланс котла
- •3.5.3. Розрахунок фактичних розмірів котла
- •3.5. Розрахунок котла (третє наближення)
- •3.5.1.Розрахунок втрат тепла з поверхні котла
- •3.5.2. Внутрішній баланс котла
- •3.5.3. Розрахунок фактичних розмірів котла
- •Література
1.11. Розрахунок довжини теплообмінного апарату
Загальна довжина теплообмінного апарату знаходиться за формулою:
(28)
де
-коефіцієнт теплопередачі,
;
-
середній логарифмічний температурний
напір для заданої схеми руху теплоносіїв,
.
При
протитоці:
(29)
де
,
- більше і менше значення температурного
напору ,
.
=
130
=
111
.



Рис 1.2. Схема до визначення середнього логарифмічного температурного напору
Довжина однієї трубки теплообмінного апарату:
(30)

Площа поверхні теплообміну визначається за формулою :
(31)
де
-
середній діаметр трубки, м.
,
(32)


2. Розрахунок теплотраси
Гаряча та холодна гілка теплотраси виконана в наземному виконанні.

Рис 2.1. Поперечний переріз теплотраси.
1-шар
ізоляції; 2-
труба;
– зовнішній діаметр труби;
- внутрішній діаметр труби;
- діаметр шару ізоляції. 
2.1. Розрахунок гарячої гілки теплотраси
2.1.1. Розрахунок діаметру трубопроводу
З рівняння нерозривності потоку внутрішній діаметр трубопроводу рівний:
(33)
де
-
масова витрата гарячого теплоносія,
кг/с,
-
густина гарячого теплоносія при
температурі на вході в теплообмінний
апарат, кг /
,
[1, табл.2, ст.26];
-
швидкість руху гарячого теплоносія,
м/с.
Приймаємо
швидкість руху гарячого теплоносія в
трубі рівною
.
,

Округлюємо отримані значення діаметру до стандартного значення, згідно ГОСТ 9617-79.
Приймаємо
=
0,468 м;
=
0,480 м;
=
0,006 м.
Знаходимо діаметр шару ізоляції труби:
dіз =dзов+2δіз, (34)
де δ - товщина шару ізоляції теплотраси, м.
dіз
=0,480+2
0,19
= 0,86м.
Фактична швидкість руху гарячого теплоносія всередині труби:
ω1ф
=
,
(35)
ω1ф
=
.
2.1.2. Розрахунок втрат тепла з поверхні трубопроводу
Задаємось температурою поверхні ізоляції:
tіз(1)=(3...15) +tпов , (36)
де tпов - температура повітря, °С.
Приймаємо tіз(1) = 8+10=18 °С.
Загальні втрати тепла з поверхні ізоляції:
Qіз=Qпр+Qк, (37)
де Qпр - втрати тепла променевим теплообміном, Вт;
Qк - втрати тепла конвективним теплообміном, Вт.
Втрати тепла променевим теплообміном рівні:
Qпр=ε
С0
F1м
(38)
де ε - степінь чорноти поверхні ізоляції, ε = 0,3, [2, табл. 24, ст. 273];
С0 - коефіцієнт випромінювання абсолютного чорного тіла,
С0
= 5,67

F1м - площа одного погонного метра труби, покритого ізоляцією, м;
-
температура поверхні ізоляції, К;
-
температура повітря, К.
F1м = πdl=πdіз , (39)
F1м
= π
0,86=2,700
,
Qпр
=
.
Втрати тепла конвективним теплообміном рівні:
Qk=αk
F1м
(tіз-tпов),
(40)
де
к
- коефіцієнт тепловіддачі від поверхні
ізоляції до повітря,
к=Nu
(41)
де: Nu - критерій Нусельта;
коефіцієнт
теплопровідності повітря при температурі
tпов=10°С,
,
[2, табл. 9, ст. 263].
λпов|10=2,51
.
Визначаємо режим руху повітря, що набігає на теплотрасу.
Число Рейнольдса буде рівним:
Re=
(42)
де
- швидкість вітру що набігає на теплотрасу,
м/с;
коефіцієнт
кінематичної в'язкості повітря при
температурі
tпов=10°С,
м2/с,
[2, табл. 9, ст. 263].
vпов|10=
.
Re=
Так
як Re>
то режим руху перехідний і критерій
Нусельта визначається за формулою:
, (43)
де Pr- число Прандля для повітря при температурі tпов =10°С [2, табл. 9, ст. 263];
Pr - число Прандля для повітря при температурі поверхні ізоляції, [2, табл. 9, ст. 263];
-
поправочний коефіцієнт, що враховує
відстань між трубами, приймаємо
=1;
-
поправочний коефіцієнт, що враховує
кут набігання повітря на теплотрасу,
[2, ст. 138].
Prпов|10=0,705;
Prпов|18=0,7034.
При
,
=
0,906



Тоді:
.
Визначаємо середню температуру ізоляції:
(44)

Для
ньювельної ізоляції коефіцієнт
теплопровідності визначається за
формулою :
(45)

Знаходимо термічний опір ізоляції:
(46)

Визначаємо критичне значення термічного опору ізоляції за формулою:
(47)

Перевіряємо правильність прийняття температури поверхні ізоляції, для чого записуємо рівняння теплового балансу:

(48)

Порівнюємо отримане значення з прийнятим:
(49)

Оскільки
перше наближення температури поверхні
ізоляції відрізняється більше ніж 0,5%
то необхідно перездати температуру
поверхні ізоляції і провести розрахунок
спочатку.
Приймаємо
друге наближення поверхні ізоляції

Згідно (38) втрати тепла променевим теплообміном будуть рівні:
=
.
При прийнятій поверхні ізоляції число Прандля рівне:

Критерій Нусельта визначаємо за формулою (43):

Коефіцієнт тепловіддачі визначаємо за формулою (41):

Втрати тепла конвективним теплообміном визначаємо за формулою (40):

Загальні втрати тепла з поверхні ізоляції визначаються за формулою (37):

Визначаємо середню температуру ізоляції за формулою (44):

Для азбозуритної ізоляції коефіцієнт теплопровідності визначається за формулою (45) :

Знаходимо термічний опір ізоляції за формулою (46):

Критичне
значення термічного опору ізоляції
визначається за формулою (47):

Перевіряємо правильність прийняття температури поверхні ізоляції за формулою (48):



Оскільки друге наближення температури поверхні ізоляції відрізняється більше ніж 0,5% то необхідно перездати температуру поверхні ізоляції і провести розрахунок спочатку.
Приймаємо
третє наближення поверхні ізоляції

Згідно (38) втрати тепла променевим теплообміном будуть рівні:
=
.
При прийнятій поверхні ізоляції число Прандля рівне:

Критерій Нусельта визначаємо за формулою (43):

Коефіцієнт тепловіддачі визначаємо за формулою (41):

Втрати тепла конвективним теплообміном визначаємо за формулою (40):

Загальні
втрати тепла з поверхні ізоляції
визначаються за формулою (37):

Визначаємо середню температуру ізоляції за формулою (44):

Для азбозуритної ізоляції коефіцієнт теплопровідності визначається за формулою (45) :

Знаходимо термічний опір ізоляції за формулою (46):

Критичне значення термічного опору ізоляції визначається за формулою (47):

Перевіряємо правильність прийняття температури поверхні ізоляції за формулою (48):



Умова виконується.
