Расчет проточной части межтрубного пространства

2.3.4 Расчет проточной части межтрубного пространства

При движении в межтрубном пространстве однофазной среды исходным соотношением является по аналогии с расчетом трубного пространства уравнение непрерывности потока:

 (36)

откуда легко определяется площадь сечения трубок одного хода:

 (37)

где G – весовой расход рабочей среды,

w - скорость движения,

γ – удельный вес среды.

Величина площади сечения  определяется условиями размещения трубного пучка. При этом можно получить следующее соотношение:

 (38)

Если сопоставить эту величину с площадью сечения трубного пространства , то при средних значениях  получаем:

В случае поперечного потока среды в межтрубном пространстве полную площадь Ф_св можно отнести к диаметральному продольному сечению, причем здесь

 (39)

где L – рабочая длина трубок.

Далее находим:

 (40)

где b – число трубок по диагонали периферийного шестиугольника.

В случае поперечного движения среды степень заполнения сечения трубками

 (41)

Обычно в теплообменных аппаратах .

Число ходов определяется на основании соотношения:

 (42)

либо также

 (43)

При этом количество перегородок

 (44)

В большой группе парожидкостных теплообменных аппаратов, где в межтрубное пространство поступает газ, установки перегородок в межтрубном пространстве обычно не требуется.

3.   Расчет аппарата для конкретных данных

В этой главе подробно рассмотрен расчет воздухоподогревателя для исходных данных.

3.1 Расчет проточной части трубного пространства

В трубном пространстве движется вода.

Примем конечную температуру охлаждения дымовых газов 300 ºС. Тогда температурная схема будет иметь вид:

Так как отношение , то среднюю разность температур найдем по формуле (12):

 

Среднюю температуру воздуха найдем по формуле (14):

Среднюю температуру дымовых газов найдем по формуле (15):

 

Тогда средний расход передаваемого тепла будет равен:

 

где средняя удельная теплоемкость воздуха с_в = 1,02 кДж / кг · К при t =145 ºC [5].

Суммарный коэффициент теплоотдачи определяем по формуле (2). Для этого найдем все входящие в него составляющие по формулам (3) - (11):

Для воздуха [5] ρ = 827,3 кг / м³; μ = 119,7 ·10^-6 Па · с; λ = 0,629 Вт /м·К; Pr = 0,888.

Степень черноты дымовых газов найдем по соотношению (7). Для этого необходимо найти степени черноты углекислого газа и паров воды.

Длина пути луча равна

здесь s₁ = 2,4d_н и s₂ = 2,3d_н рекомендованы нормалями Главхиммаша при диаметре трубок d = 53 / 50мм.

Далее находим

Тогда по номограммам [3] этим значениям соответствует:

Значит, согласно уравнению (7) степень черноты дымовых газов будет равна

 

Степень черноты поверхности теплообменника найдем по соотношению (9). Из [2] для окисленной стали среднее значение степени черноты .

Приняв температуру стенки равной температуре остывших газов, можно записать:

Тогда коэффициент теплоотдачи для дымовых газов, передаваемых тепло излучением, будет равен

Найдем конвективную составляющую коэффициента теплоотдачи газа.

Для дымовых газов [5] ρ = 0,384 кг / м³; μ = 39,3 ·10^-6 Па · с; λ = 7,84 · 10^-2 Вт /м·К; Pr = 0,614.

Тогда найдем суммарный коэффициент теплоотдачи для дымовых газов

Термическое сопротивление стальной стенки и загрязнений равно:

где из [2] для стальной стенки ; .

Значит, коэффициент теплопередачи будет равен:

Площадь поверхности теплообмена аппарата будет равна:

 

Принимаем площадь поверхности теплообмена аппарата равную 1000 м².

Тогда количество тепла, переданного конвекцией и излучением, найдем по уравнению (1):

Площадь сечения трубок трубного пространства определим по формуле (20):

 

Число трубок по формуле (21) составит:

 

Принимаем число трубок в соответствии с рекомендациями нормалей Главхиммаша равное n = 174.

Расчетная длина трубок в соответствии с (18) равна:

 

4. Проверочный расчет

Для поддержания теплового баланса в системе необходимо выполнение следующего равенства:

 

Получаем

Погрешность вычислений составляет

Значит, конечной температурой дымовых газов при расчете воздухопод

5. Результаты расчета

Задавшись выше целью работы, были решены следующие задачи:

1)   Рассчитана проточная часть трубного пространства.

Приняв конечную температуру дымовых газов 300 ºС, получили:

а) среднюю разность температур ;

б) среднюю температуру воздуха ;

в) среднюю температуру дымовых газов ;

г) средний расход передаваемого тепла  ;

д) площадь поверхности теплообмена аппарата  ;

е) площадь сечения трубок трубного пространства ;

ж) число трубок трубного пространства n = 174;

з) длина трубок трубного пространства  

2) Рассчитана теплопередача лучеиспусканием.

а) Суммарный коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием и конвекцией для дымовых газов  ;

б) Количество тепла, переходящего от более нагретого тела к менее нагретому посредством лучеиспускания и конвекции равно .

3) Расчет воздухоподогревателя вычислен с погрешностью .

6. Анализ результатов счета

Проверочный расчет показал, что в системе соблюден тепловой баланс. А значит, с учетом погрешности, расчет выполнен верно.