Коэффициент теплоотдачи (от пара к стенке трубки)

8. Коэффициент теплоотдачи (от пара к стенке трубки)

₂=Rе/t₂*Н*В=16600/90*1,5*13*10^-3=9459 Вт/м^{2 0}С;

9. Среднеарифметическая температура воды:

t_ж1 =0,5*(t_ж1`+ t_ж1``)=0,5*(120+15)=67,5 ⁰С

при этой температуре:

n_ж1=0,425*10^-6;

lж1=66,4*10^-2;

rж1=974;

Рrж1=2,64;

10. Rе _ж1=W*d₁/n_ж1=1,5*12*10^-3/(0,425*10^-6)=42353;

Течение воды турбулентное.

Перепад температур по толщине стенки оцениваем примерно в 1⁰ С, тогда

t_с1 t_с2-1=160-1=159 ⁰С;

Nu_ж1 = 0,021 * Rе _ж1^0,8 * Рr _ж1^0,43 * (Рr _ж1 / Рr_с1)^0,25 = 0,021 * 42353^0,8 * 2,64^0,43 * *(2,64 / 1,1)^0,25= 200;

11. Коэффициент теплоотдачи (от стенки трубки к воде):

a₁= Nu_ж1*(l _ж1/d₁) = 200*0,66/(12*10^-3) = 11000 Вт/( м²⁰С);

12. Коэффициент теплопередачи:

К=1/(1/a₁+d/l+1/a₂) = 1/(1/11000+0,001/130+1/9459) = 4894 Вт/(м²⁰С);

13. Средняя плотность теплового потока:

q = К*Dt_л = 4894*178 = 871179 Вт/м²;

14. Площадь поверхности нагрева:

F = Q/q = 74,4/871 = 0,085 м²;

15. Высота трубок:

Н = F/(p*d_ср*n) = 0,085/(3,14*13*10^-3*1) = 2,1 м;

16. Температуры стенок трубок:

t_с2 = t_s-q/a₂ = 250 - 871179/10126 = 164 ⁰С;

t_с1 = t_с2-q*d/l = 164 - 871179*10^-3/130 = 157⁰С;

Расчет второй ступени теплообменника

Исходные данные:

скорость течения воды W=1,5 м/с;

температура воды t _ж1`=120 ⁰С;

температура воды на выходе из первой ступени теплообменника t_ж1`=160⁰С;

параметры греющего пара: Р=0,981 мПа, t=250 ⁰С;

внутренняя трубка теплообменника: d=14/12мм, материал латунь;

коэффициент теплопроводности: l=130 Вт/м⁰С;

теплоемкость воды: Ср₁=4,187 кДж/кг⁰С;

расход нагреваемой воды: G₁=0,61м³/ч;

1. Количество передаваемой теплоты:

Q= G₁* Ср₁(t _ж1``-t _ж1`) = (150-120)*4,187*610/3600 = 21,3 кВт;

2. Расход пара, при Р=0,981 МПа t_s=250⁰С; i``=2942 кДж/кг; i`=760кДж/кг;

G₂=Q/0,98(i``- i`) = 21,3*10³/0,98(2942- 760) = 0,01 кг/с;

3. Для расчета коэффициента теплоотдачи к внешней поверхности трубки при конденсации пара необходимо знать температуру внешней поверхности t_с2 и высоту трубки Н. Так как значения этих величин неизвестны, то расчет производим методом последовательных приближений.

Определяем среднелогарифмический температурный напор:

Dt_л= (t _ж1``-t <sub>ж1</sub>`)/(2,3*lg(t<sub>s</sub>- t <sub>ж1</sub>`)/( t<sub>s</sub>- t <sub>ж1</sub>``)=(150-120)/(2,3 lg(250-120)/(250-150)) = 115 ⁰С

4. Задаёмся температурой наружной стенки трубы

t_с2 » t_s-t_л/2 = 250 - 115/2 = 193 ⁰С

5. Задаёмся высотой трубок Н = 2 м

6. Приведенная длина трубки

Z = t₂ Н*А; При t_s=180 ⁰С : В = 13*10^-3 м/Вт; А = 150 1/м*с

Z = (t_s- t_с2)*Н*А=(250-193)*2*150= 17100 >2300

7. Течение пленки конденсата турбулентное по всей длине трубки.

Re = (253+0,069 (Рr/Рr_с)^0,25*Рr^0,5*(Z-2300))^4/3;

Рr1 (180 0С)

Рr_с0,95 (193 ⁰С)

Re = (253+0,069(1/0,95)^0,25 *1^0,5(17100-2300)) ^4/3=14005;

8. Коэффициент теплоотдачи (от пара к стенке трубки)

₂=Rе/t₂*Н*В=14005/100*1,5*13*10^-3=5386 Вт/м^{2 0}С;

9. Среднеарифметическая температура воды:

t_ж1 = 0,5*(t_ж1`+ t_ж1``)=0,5*(120+150) =135 ⁰С

при этой температуре:

n_ж1=0,224*10^-6;

l _ж1=68,55*10^-2;

r _ж1=930;

Рr _ж1=1,3;

10. Rе _ж1=W*d₁/n_ж1=1,5*12*10^-3/(0,224*10^-6) = 80357;

Течение воды турбулентное.

Перепад температур по толщине стенки оцениваем примерно в 1⁰ С,

тогда t_с1 t_с2-1=193-1=192 ⁰С;

Nu_ж1 = 0,021 * Rе _ж1^0,8 * Рr _ж1^0,43 * (Рr _ж1/Рr_с1)^0,25 = 0,021 * 80357^0,8 * 1,3^0,43 * *(1,3/0,95)^0,25 = 213;

Коэффициент теплоотдачи (от стенки трубки к воде):

a₁= Nu_ж1*(l _ж1/d₁) = 213*0,69/(12*10^-3) = 12248 Вт/ (м²⁰С);

Коэффициент теплопередачи:

К=1/(1/a₁+d/l+1/a₂) = 1/(1/12248+0,001/130+1/5386) = 3636 Вт/(м²⁰С);

11. Средняя плотность теплового потока:

q = К*Dt_л = 3636*115 = 418175 Вт/м²;

12. Площадь поверхности нагрева:

F = Q/q = 21,3/418 = 0,05 м²;

13. Высота трубок:

Н = F/(p*d_ср*n) = 0,05/(3,14*13*10^-3*1) = 1,2 м;

14. Температуры стенок трубок:

t_с2 = t_s-q/a₂ = 250-418175/5386 = 172 ⁰С;

t_с1 = t_с2-q*d/l = 172-418175*10^-3/130 = 169 ⁰С;

9.6 Описание схемы и оборудования экспериментальной установки, принцип работы

Первая ступень теплообменника подогревает исходную воду от 15⁰С до 120 ⁰С, вторая ступень догревает воду до 150 ⁰С. Первая и вторая ступени представляют собой одноходовые кожухо-трубчатые теплообменники типа "труба в трубе". Нагреваемая вода проходит по внутренней трубке, а греющий пар подается в кожух теплообменника. Теплоотдача от пара к стенке трубки происходит за счет пленочной конденсации на ее поверхности. Конструктивный расчет теплообменника приведен в параграфе (Конструктивный и тепловой расчет экспериментальной установки для нагрева воды с 15 до 150 ⁰С).