Тепловой расчет

1. Определим средний температурный напор воль поверхности нагрева:

Dt_б =84 °C,

Dt_м =57°C,

Dt_б /Dt_м =1,4<1,7

Поскольку температурный напор и, следовательно, удельный тепловой поток, изменяются значительно, то коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей воде и коэффициент теплопередачи рассчитываются раздельно на границах участка. Коэффициент теплопередачи рассчитывается, как среднее арифметическое этих двух значений. Коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке трубы рассчитывается по средней температуре теплоносителя и принимается одинаковым для всего участка:

Dt_ср =(Dt_б +Dt_м)/2 = (84+57)=70,5 °C.

2.Определим коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке трубы.

2.1. Средняя температура теплоносителя на участке

t_1ср =(Dt_ср +Dt_ср)/2=(318+291)/2=305°C.

2.2. Физические параметры воды при t_1ср =305°C:

плотность r₁=799 кг/м³,

коэффициент теплопроводности l₁ =0,531 Вт/(м*К),

вязкость m ₁ =88,3 *10^-6 Па*с,

число Прандтля Pr=0,98,

удельный объем ^-u₁=1,425*10^-3 м³/кг.

2.3. Скорость теплоносителя

W₁=(G_м * ^-u₁)/(F_тр * n)=4,19 м/с.

2.4. Число Рейнольдса

Re=(W₁ * d_вн)/(^-u₁ * m ₁)= (4,19 *0,013)/(1,425*10^-3 * 88,3 *10^-6)=4,42 *10⁵

2.5. Определяем средний для участка коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к трубе по формуле:

a₁=0,021*(l₁ /d)*Re^0,8*Pr^0,43=

=0,021*(0,53/0,013)*(4,42 *10⁵)^0,8*0,98^0,43=

=2,73 *10⁴ Вт/(м²*К).

2.6. Термическое сопротивление:

R₁=1/a₁=3.66 * 10^-5 (м²*К)/ Вт.

2.7. Температура стенки:

t_ст=t₁^ср-(1/3)*(t₁^ср- t_s)=305-(1/3)*(305-224)=281°C.

2.8. Теплопроводность стали 12Х18Н10Т при t_ст=281°C

l_ст =18,51 Вт/(м*К) (приложение IX учебника)

Термическое сопротивление стенки:

R_ст =d_ст/l_ст=1,5*10^-3 /(18,51)=8, 1* 10^-5 (м²*К)/ Вт.

2.9. Термическое сопротивление окисных пленок:

2R_ок =1,5* 10^-5 (м²*К)/ Вт.

2.10. Сумма термических сопротивлений:

R= R₁ + R_ст + 2R_ок= 3,66* 10^-5 + 8, 1* 10^-5 +1,5* 10^-5 =

=13,26 * 10^-5 (м²*К)/ Вт.

3. Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к кипящей воде во входном сечении:

3.1. Проведем расчет методом последовательных приближений. Первое значение теплового потока q для расчета берем из диапазона:

q=(0,8¸0,9)* Dt_б /R =(0,8¸0,9)* 84/13,26 * 10^-5 =(5,67 ¸6,38) * 10^-5

Принимаем: q'=6,2

3.2. Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к кипящей воде по формуле:

a₂'=(10,45/(3,3-0,0113(T_s - 373)))* (q')^0,7=62000 (Вт/м²*K)

3.3. Термическое сопротивление:

R₂'=1/a₂'=1,61 * 10^-5(м²*K /Вт)

3.4. Определяем коэффициент теплопередачи во входном сечении.

Полное термическое сопротивление во входном сечении:

R_полн'= R₁'+ R₂'=(13,26 +1.61)* 10^-5 =14,87 * 10^-5 (м²*K /Вт).

Коэффициент теплопередачи во входном сечении.

k₁'= 1/ R_полн'=6720 (Вт/м²*K)

3.5 Удельный тепловой поток:

q_n''= k₁'*Dt_б=6720*84=6320 (Вт/м²)

3.6. Определяем отношение:

q''/ q'=1,01 <1,05.

Точность расчета устраивает, поэтому принимаем окончательно:

a₂'=62000 (Вт/м²*K),

k₁'= 6720 (Вт/м²*K).

4. Рассчитываем коэффициент теплоотдачи и теплопередачи в выходном сечении:

4.1. Определяем коэффициент теплоотдачи в выходном сечении:

4.1.1 Первое значение теплового потока для расчета методом последовательных приближений q₂'=4,3 * 10^-5(Вт/м²)

4.1.2 Вычисляем a₂''

a₂''=(10,45/(3,3-0,0113(T_s - 373)))* (q')^0,7=0,48*10 (Вт/м²*K)

R₂''=2,05 *10^-5

4.1.3 Определяем коэффициент теплопередачи и полное термическое сопротивление в выходном сечении:

R_полн''= R+ R₂''=(13,26 +2,08)* 10^-5 = 15,34* 10^-5 (м²*K /Вт).

k₂''= 1/ R_полн''= 6510(Вт/м²*K)

4.1.4 Удельный тепловой поток в выходном сечении:

q_n''= k₂''*Dt_м=436000 (Вт/м²)

4.1.5 Определяем отношение

q''/ q'=1,01 <1,05.

Точность расчета устраивает, поэтому принимаем окончательно:

a₂''=48000 (Вт/м²*K),

k₂''= 6510 (Вт/м²*K).

4.1.6 Отношение коэффициентов теплопередачи на входе и на выходе:

k_вх/ k_вых=6,72/6,51 =1,03 <1,25, ПОЭТОМУ, КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ДЛЯ ВСЕГО УЧАСТКА РАССЧИТЫВАЕМ, КАК СРЕДНЕАРИФМЕТИЧЕСКОЕ ЭТИХ ДВУХ ЗНАЧЕНИЙ k.

K=0,5(6,72+6,51)=6,615 КВТ/М*К

5.. Определяем площадь поверхности теплообмена, расчетную длину труб, расчетную длину среднего змеевика.

5.1 Определяем расчетную площадь поверхности теплообмена:

H^P= Q_ПГ/(k*Dt_cр)=7,029 *10⁵/(6,615 *70,5)=1,52 *10³ м²

5.2 Определяем среднюю расчетную длину труб:

L_P= H^P/(p*d_н)=1,52 *10³/(3.14*0,016)=30,5 *10³ м

5.3 Определяем расчетную длину одной трубы среднего змеевика:

l_p= L_P/n=30,5 *10³ /12736=3,56 м

5.4 Пересчитаем характеристики теплопередающей поверхности с учетом коэффициента запаса:

К_з=1,125

Масса 1м трубы 16х1,5 ml=0,6 кг/м

5.5 Площадь теплопередающей поверхности ПГ

Н= H^P *Кз=1,52 *10³ *1,125=1,71 *10³ м².

5.6 Длина труб ПГ:

L_P= L_P *1,125=30,5 *10³ *1,125=34,6 *10³ м

5.7 Средняя длина одного змеевика:

l= l_p*1,125=3,56 *1,125=4,05 м

5.8 Масса трубчатки

l_p=L*ml*10^-3 =34,6 *0,6=20,76тн

Дата добавления: 2015-10-16