La un consum de carburant de B = 53 m 3 / h:
Determinarea suprafeței aproximative a schimbului de căldură, precum și alegerea dimensiunilor tuburilor de schimb termic și numărul necesar al acestora, asigurând în același timp un regim dat pentru mișcarea lichidelor de răcire
Să estimăm aproximativ valoarea zonei de schimb de căldură, presupunând că coeficientul de transfer de căldură este Cor = 35 W / (m ∙ K) [11]:
1) Cu un consum de combustibil de B = 11 m 3 / h:
2) Cu un consum de combustibil de B = 19 m 3 / h:
3) La consumul de carburant B = 28 m 3 / h:
4) La un consum de carburant de B = 36 m 3 / h:
5) Cu consumul de combustibil B = 53 m 3 / h:
Pe baza parametrilor de proiectare ai camerei de răcire, selectăm schimbătorul de căldură (Figura 4.1).
Fig. 4.1 - Proiectarea de bază a schimbătorului de căldură
Pentru a asigura fluxul turbulent de apă în spațiul conductei (Re> 10000), este necesar un schimb de căldură:
Re = 1000 este numărul Reynolds la care începe regimul turbulent;
μ1 = 0,66 ∙ 10 -3 Pa ∙ s - vâscozitatea dinamică a apei la
Pentru capacitatea unității la G = 50 kg / h și consumul de combustibil B = 11 m 3 / h, dimensiunile de proiectare ale schimbătorului de căldură sunt:
Lungimea schimbătorului de căldură:
Viteza reală a apei în schimbătorul nostru de căldură este:
- aria secțiunii transversale a tubului schimbătorului de căldură.
Se observă din (4.35) și (4.36) că schimbătorul nostru de căldură satisface condiția pentru existența turbulenței.
Definiți suprafața de încălzire a schimbătorului de căldură:
4.5 Calcularea coeficientului de transfer al căldurii pentru spațiul conductei (gazele de ardere)
Determinăm criteriul Reynolds:
Se vede din (4.37) că Re> 10000, deci regimul este turbulent. Apoi, formula pentru criteriul Nusselt (spațiu tub, regim turbulent):
unde ε2 = 1 este coeficientul care ia în considerare raportul dintre lungimea țevii (L0) și diametrul său (d), pentru L / d ≥ 50;
- coeficientul Prandtl,
unde λ2 = 0,65 W / m ∙ K este coeficientul de conductivitate termică, la o temperatură medie a apei
s2 = 4200 J / (kg ∙ K) - căldura specifică a apei;
μ2 = 0,767 ∙ 10 -3 Pa ∙ s - coeficientul de vâscozitate a apei;
Luăm temperatura peretelui din partea de răcire caldă și rece:
Determinați la această temperatură următorii parametri:
- coeficientul Prandtl,
unde λst2 = 8,7 ∙ 10 -2 W / m ∙ K este conductivitatea termică a apei la temperatura medie a peretelui de la partea de răcire caldă și rece;
сст2 = 4200 J / (kg ∙ K) este căldura specifică a apei la temperatura medie a peretelui de pe partea răcitorului cald și rece;
μst2 = 0,11 ∙ 10 -3 Pa ∙ s este coeficientul dinamic al vâscozității apei la temperatura medie a peretelui de la partea de răcire caldă și rece.
Coeficientul de transfer al căldurii pentru o soluție în prima aproximare:
4.6 Calcularea coeficientului de transfer de căldură pentru spațiul de acoperire (apă)
Aria secțiunii transversale a spațiului inelar:
unde Bcg = 0,8 m - lățimea camerei de ardere;
Hc = 0,8 m este înălțimea camerei de ardere.
Viteza gazelor de ardere în spațiul de cochilie:
Determinăm criteriul Reynolds:
Din ecuația (4.37), deoarece (Re1 ≤ 2300), atunci obținem un regim de flux laminar. Apoi, formula pentru criteriul Nusselt (spațiul intertubular):
unde este coeficientul Prandtl,
λ1 = 4.6 ∙ 10 -2 W / m ∙ K - coeficient de conductivitate termică, la o temperatură medie a gazelor de ardere
с1 = 1042 J / (kg ∙ K) - căldura specifică a gazelor de ardere;
μ1 = 2.94 ∙ 10 -5 Pa ∙ s - coeficientul de vâscozitate dinamic al gazelor de ardere.
Luăm temperatura peretelui din partea de răcire caldă și rece:
Determinați la această temperatură următorii parametri:
- coeficientul Prandtl,
unde λst1 = 3,8 ∙ 10 -2 W / m ∙ K - conductivitatea de căldură a gazelor de ardere la temperatura medie a peretelui din partea lichidelor de răcire calde și reci;
сст1 = 1023 J / (kg ∙ K) este căldura specifică a gazelor de ardere la o temperatură medie a peretelui de pe partea de răcire caldă și rece;
μst1 = 2,48 ∙ 10 -5 Pa ∙ s - coeficientul de vâscozitate dinamic al gazelor de ardere la temperatura medie a peretelui pe partea de răcire la rece și rece.
Definim criteriul lui Grashof:
unde g = 9,8 m / s 2 - accelerația gravitației;
L0 = 220,36 m - lungimea schimbătorului de căldură alungit;
β = 0,002 K -1 - coeficient de temperatură de expansiune volumetrică a agentului de răcire, pentru gazele de ardere;
ν1 = 5 ∙ 10 -5 m² / s - coeficient de vâscozitate cinematică.
Coeficientul de transfer al căldurii pentru o soluție în prima aproximare:
Suma rezistențelor termice:
unde δst = 0,001 mm - grosimea peretelui tubului schimbătorului de căldură;
λst = 46,5 W / m ∙ K - conductivitatea termică a tubului schimbătorului de căldură;
rsagr1 = 1/5800 m 2 ∙ K / W - rezistență termică la contaminarea cu apă;
rzagr2 = 1/2900 m 2 ∙ K / W - rezistența termică la contaminanții din gazele de ardere.
Vom clarifica valorile acceptate anterior ale temperaturilor peretelui din partea răcitorului de răcire cald și rece pe baza constanței fluxului de căldură specific:
Recalculați coeficienții de transfer de căldură.
Determinăm caracteristicile termofizice ale soluției apoase și ale apei la temperaturile specificate ale pereților:
la temperatura peretelui din partea gazelor de ardere tst1 = 38,1 ° C:
Determinați la această temperatură următorii parametri:
- coeficientul Prandtl,
conductivitatea termică a gazelor de ardere la o temperatură medie a peretelui pe partea de răcire caldă și rece;
ST1 = (1,0005 + 1,1904 ∙ 10 -4 ∙ (tst1)) ∙ 10 = luna martie (1,0005 + 1,1904 ∙ 10 -4 ∙ (34,6)) ∙ 10 3 = 1004.58 J. / (kg ∙ K) - caldura specifica a gazelor arse, la o temperatură medie a peretelui din fluidele de transfer de căldură cald și rece;
μst1 ∙ = 1,717 ∙ 10 -5 ((tst1 273) / 273) = 0,683 1,717 10 ∙ -5 ∙ ((34,6 + 273) / 273) 0683 = 1,88 ∙ 10 -5 Pa ∙ s - dinamic coeficientul de vâscozitate al gazelor de ardere la o temperatură medie a peretelui din partea lichidelor de răcire calde și reci.
Apoi, din ecuația (4.42) în recalculare, criteriul Nusselt:
Coeficient de transfer de căldură pentru gazele de ardere la specificație:
la temperatura peretelui din partea gazelor de ardere tst2 = 32,26 ° C:
Determinați la această temperatură următorii parametri:
- coeficientul Prandtl,
conductivitatea termică a apei la o temperatură medie a peretelui din partea lichidelor de răcire calde și reci;
сст2 = 4200 J / (kg ∙ K) este căldura specifică a gazelor de ardere la temperatura medie a peretelui de pe partea răcitorului cald și rece;
- Coeficientul dinamic al vâscozității gazelor de ardere la o temperatură medie a peretelui pe partea lichidelor de răcire calde și reci.
Apoi, din ecuația (4.42) în recalculare, criteriul Nusselt:
Coeficientul de transfer de căldură pentru gazele de ardere cu rafinament:
Apoi din (4.46) și (4.48) coeficientul de transfer termic rafinat:
Verificați temperaturile acceptate ale pereților:
Temperatura pereților este practic aceeași ca și înainte.
Determinați suprafața calculată a transferului de căldură:
Determinați valoarea suprafeței schimbătorului de căldură, presupunând că coeficientul de transfer de căldură Cor = 16,55 W / (m ∙ K) [11]:
La un consum de combustibil de B = 11 m 3 / h:
Deoarece design-ul nostru anterior a schimbătorului de căldură (fig. 4.1) peste zona suprafeței de schimb de căldură (4.50) nu este îndeplinită, și creșterea în continuare a suprafeței de schimb de căldură prin creșterea bobinele nu este posibil, atunci vom lua un nou design schimbător de căldură, care este prezentat în Fig. 4.2.
Fig. 4.2 - Proiectarea de bază a schimbătorului de căldură
Determinarea orientării suprafeței de schimb de căldură, precum și selectarea mărimii tuburilor schimbătoarelor de căldură și cantitatea necesară de transfer de căldură, asigurând în același timp o mișcare moduri predeterminate pentru noul design eficient al schimbătorului de căldură
Să estimăm aproximativ valoarea zonei de schimb de căldură, presupunând că coeficientul de transfer de căldură este Cor = 35 W / (m ∙ K) [11]:
1) Cu un consum de combustibil de B = 11 m 3 / h:
2) Cu un consum de combustibil de B = 19 m 3 / h:
3) La consumul de carburant B = 28 m 3 / h:
4) La un consum de carburant de B = 36 m 3 / h:
5) Cu consumul de combustibil B = 53 m 3 / h:
Pentru a asigura fluxul turbulent de apă în spațiul conductei (Re> 10000), este necesar un schimb de căldură:
Re = 1000 este numărul Reynolds la care începe regimul turbulent;
μ1 = 0,66 ∙ 10 -3 Pa ∙ s - vâscozitatea dinamică a apei la
Pentru capacitatea unității la G = 50 kg / h și consumul de combustibil B = 11 m 3 / h, dimensiunile de proiectare ale schimbătorului de căldură sunt:
Numărul de rânduri de țevi:
Lungimea schimbătorului de căldură:
Viteza reală a apei în schimbătorul nostru de căldură este:
- aria secțiunii transversale a tubului schimbătorului de căldură.
Se observă din (4.35) și (4.36) că schimbătorul nostru de căldură satisface condiția pentru existența turbulenței.
Definiți suprafața de încălzire a schimbătorului de căldură:
4.8 Calcularea coeficientului de transfer termic pentru spațiul tubului (gazele de ardere) al schimbătorului de căldură efectiv
Determinăm criteriul Reynolds:
Se vede din (4.37) că Re> 10000, deci regimul este turbulent. Apoi, formula pentru criteriul Nusselt (spațiu tub, regim turbulent):
unde ε2 = 1 este coeficientul care ia în considerare raportul dintre lungimea țevii (L0) și diametrul său (d), pentru L / d ≥ 50;
- coeficientul Prandtl,
unde λ2 = 0,65 W / m ∙ K este coeficientul de conductivitate termică, la o temperatură medie a apei
s2 = 4200 J / (kg ∙ K) - căldura specifică a apei;
μ2 = 0,767 ∙ 10 -3 Pa ∙ s - coeficientul de vâscozitate a apei;
Luăm temperatura peretelui din partea de răcire caldă și rece:
Determinați la această temperatură următorii parametri:
- coeficientul Prandtl,
unde λst2 = 8,7 ∙ 10 -2 W / m ∙ K este conductivitatea termică a apei la temperatura medie a peretelui de la partea de răcire caldă și rece;
сст2 = 4200 J / (kg ∙ K) este căldura specifică a apei la temperatura medie a peretelui de pe partea răcitorului cald și rece;
μst2 = 0,11 ∙ 10 -3 Pa ∙ s este coeficientul dinamic al vâscozității apei la temperatura medie a peretelui de la partea de răcire caldă și rece.
Coeficientul de transfer al căldurii pentru o soluție în prima aproximare:
4.9 Calcularea coeficientului de transfer de căldură pentru spațiul (apa) din partea coajă a schimbătorului de căldură efectiv
Aria secțiunii transversale a spațiului inelar:
unde Bcg = 0,8 m - lățimea camerei de ardere;
Hc = 0,8 m este înălțimea camerei de ardere.
Viteza gazelor de ardere în spațiul de cochilie:
Determinăm criteriul Reynolds:
Din ecuația (4.37), deoarece (Re1 ≤ 2300), atunci obținem un regim de flux laminar. Apoi, formula pentru criteriul Nusselt (spațiul intertubular):
unde este coeficientul Prandtl,
λ1 = 4.6 ∙ 10 -2 W / m ∙ K - coeficient de conductivitate termică, la o temperatură medie a gazelor de ardere
с1 = 1042 J / (kg ∙ K) - căldura specifică a gazelor de ardere;
μ1 = 2.94 ∙ 10 -5 Pa ∙ s - coeficientul de vâscozitate dinamic al gazelor de ardere.
Luăm temperatura peretelui din partea de răcire caldă și rece:
Determinați la această temperatură următorii parametri:
- coeficientul Prandtl,
unde λst1 = 3,8 ∙ 10 -2 W / m ∙ K - conductivitatea de căldură a gazelor de ardere la temperatura medie a peretelui din partea lichidelor de răcire calde și reci;
сст1 = 1023 J / (kg ∙ K) este căldura specifică a gazelor de ardere la o temperatură medie a peretelui de pe partea de răcire caldă și rece;
μst1 = 2,48 ∙ 10 -5 Pa ∙ s - coeficientul de vâscozitate dinamic al gazelor de ardere la temperatura medie a peretelui pe partea de răcire la rece și rece.
Definim criteriul lui Grashof:
unde g = 9,8 m / s 2 - accelerația gravitației;
L0 = 220,36 m - lungimea schimbătorului de căldură alungit;
β = 0,002 K -1 - coeficient de temperatură de expansiune volumetrică a agentului de răcire, pentru gazele de ardere;
ν1 = 5 ∙ 10 -5 m² / s - coeficient de vâscozitate cinematică.
Coeficientul de transfer al căldurii pentru o soluție în prima aproximare:
Suma rezistențelor termice:
unde δst = 0,001 mm - grosimea peretelui tubului schimbătorului de căldură;
λst = 46,5 W / m ∙ K - conductivitatea termică a tubului schimbătorului de căldură;
rsagr1 = 1/5800 m 2 ∙ K / W - rezistență termică la contaminarea cu apă;
rzagr2 = 1/2900 m 2 ∙ K / W - rezistența termică la contaminanții din gazele de ardere.
Vom clarifica valorile acceptate anterior ale temperaturilor peretelui din partea răcitorului de răcire fierbinte și rece pe baza constanței fluxului de căldură specific:
Recalculați coeficienții de transfer de căldură.
Determinăm caracteristicile termofizice ale soluției apoase și ale apei la temperaturile specificate ale pereților:
la temperatura peretelui din partea gazelor de ardere tst1 = 35,71 ° C:
Determinați la această temperatură următorii parametri:
- coeficientul Prandtl,
conductivitatea termică a gazelor de ardere la o temperatură medie a peretelui pe partea de răcire caldă și rece;
ST1 = (1,0005 + 1,1904 ∙ 10 -4 ∙ (tst1)) ∙ 10 = luna martie (1,0005 + 1,1904 ∙ 10 -4 ∙ (34,6)) ∙ 10 3 = 1004.58 J. / (kg ∙ K) este căldura specifică a gazelor de ardere la o temperatură medie a peretelui de la partea de răcire caldă și rece;
μst1 ∙ = 1,717 ∙ 10 -5 ((tst1 273) / 273) = 0,683 1,717 10 ∙ -5 ∙ ((34,6 + 273) / 273) 0683 = 1,88 ∙ 10 -5 Pa ∙ s - dinamic coeficientul de vâscozitate al gazelor de ardere la o temperatură medie a peretelui din partea lichidelor de răcire calde și reci.
Apoi, din ecuația (4.42) în recalculare, criteriul Nusselt:
Coeficient de transfer de căldură pentru gazele de ardere la specificație:
la temperatura peretelui din partea gazelor de ardere tst2 = 33,2 ° C:
Determinați la această temperatură următorii parametri:
- coeficientul Prandtl,
conductivitatea termică a apei la o temperatură medie a peretelui din partea lichidelor de răcire calde și reci;
сст2 = 4200 J / (kg ∙ K) este căldura specifică a gazelor de ardere la temperatura medie a peretelui de pe partea răcitorului cald și rece;
- Coeficientul dinamic al vâscozității gazelor de ardere la o temperatură medie a peretelui pe partea lichidelor de răcire calde și reci.
Apoi, din ecuația (4.42) în recalculare, criteriul Nusselt:
Coeficient de transfer de căldură pentru gazele de ardere la specificație:
Apoi din (4.46) și (4.48) coeficientul de transfer termic rafinat:
Verificați temperaturile acceptate ale pereților:
Temperatura pereților este practic aceeași ca și înainte.
Determinați suprafața estimată a schimbului de căldură al schimbătorului de căldură eficient:
Determinați valoarea suprafeței schimbătorului de căldură, presupunând că coeficientul de transfer de căldură Cor = 16,55 W / (m ∙ K) [11]:
La un consum de combustibil de B = 11 m 3 / h:
Din moment ce (4.72) suprafața calculată este mai mare decât suprafața reală, atunci selectăm un alt schimbător de căldură.
Pentru capacitatea unității la G = 50 kg / h și consumul de combustibil B = 11 m 3 / h, dimensiunile de proiectare ale noului schimbător de căldură sunt:
Numărul de rânduri de țevi:
Lungimea schimbătorului de căldură:
Se observă din (4.35) și (4.36) că schimbătorul de căldură satisface condiția pentru existența turbulenței.
Să definim suprafața de încălzire a unui nou schimbător de căldură eficient:
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: