Расчет змеевикового экономайзера

Дипломная работа - Физика

Другие дипломы по предмету Физика

анала; u- периметр поперечного сечения);

- средняя плотность жидкости или газа в канале, кг/м3, и средняя скорость, м/с;

- коэффициент сопротивления трения. Он является безразмерной величиной, характеризующей отношение сил трения и инерционный сил потока и остается постоянным для канала l>30d; если l<30d, необходимо учитывать изменение его на входном участке канала;

измеряется в паскалях.

Коэффициент сопротивления трения зависит от режима движения потока и поэтому при ламинарном и турбулентном течении определяется по-разному.

Местные сопротивления определяются по формуле

 

(15)

 

где - коэффициент местного сопротивления;

измеряется в Па.

Коэффициент местного сопротивления зависит от характера препятствия, которым вызываются указанные сопротивления.

Потеря давления, обусловленная ускорением потока вследствие изменения объема теплоносителя при постоянном сечении канала,

 

, (16)

 

где - скорость, м/с; и плотность газа, кг/м3; соответственно во входном и выходном сечениях потока.

Для капельных жидкостей , Па, мало по сравнению с общим сопротивлением потока, и это сопротивление можно не принимать во внимание.

Если аппарат сообщается с окружающей средой, необходимо учитывать сопротивление самотяги. Это сопротивление можно вычислить по формуле

 

(17)

 

где h- расстояние по вертикали между входом и выходом теплоносителя, м;

- средние плотности теплоносителя и окружающего воздуха, кг/м3;

измеряется в паскалях.

Знак + берется при движении теплоносителя сверху вниз, знак -- при движении снизу вверх. Это значит, что в первом случае общее сопротивление движению теплоносителя увеличивается на , а во втором случае- уменьшается на . Если теплообменник не сообщается с окружающим воздухом (включен в замкнутую систему), то =0.

Для получения полного сопротивления теплообменного устройства выбранной конструкции и с конкретным теплоносителем полученные составляющие подставляются в уравнение (13).

Расчет мощности, необходимой для перемещения жидкости. Гидравлическое сопротивление , подсчитанное по формуле (13), предопределяет мощность, необходимую для перемещения теплоносителя через теплообменный аппарат.

Мощность N, Вт, на валу насоса или вентилятора определяется по формуле

 

(18)

 

где V - объемный расход жидкости, м3/с;

G- массовый расход жидкости, кг/с;

- полное сопротивление, Па;

- плотность жидкости или газа, кг/м3;

- КПД насоса или вентилятора.

При выборе оптимальных форм и размеров поверхности нагрева теплообменника принимают найвыгоднейшее соотношение между поверхностью теплообмена и расходом энергии на движение теплоносителей. Добиваются, чтобы указанное соотношение было оптимальным, т.е. экономически наиболее выгодным. Это соотношение устанавливается на основе технико-экономических расчетов.

 

Задание

 

Выполнить конструктивный, тепловой, гидравлический и аэродинамический расчеты змеевикового экономайзера парового котла для подогрева питательной воды в количестве от температуры до . Вода движется на встречу дымовых газов.

Вода движется снизу вверх по стальным трубам диаметром со средней скоростью

Дымовые газы движутся сверху вниз в межтрубном пространстве со средней скоростью в узком сечении трубного пучка Расход газов Температура газов на выходе в экономайзер Трубы расположены в шахматном порядке с шагом поперек потока газов и вдоль потока

 

Тепловой расчет

 

Среднеарифметическая температура воды:

 

.

 

При этой температуре физические свойства воды равны соответственно:

Количество передаваемой теплоты:

 

.

 

Число Рейнольдса для потока воды:

 

 

Число Нуссельта и коэффициент теплоотдачи для воды определяем по формуле, в который, учитывая, что коэффициент теплоотдачи со стороны воды намного больше коэффициента теплоотдачи со стороны газов и, следовательно, температура стенки трубы близка к температуре воды, полагаем

Nu

 

Nu

 

Для определения температуры газов на выходе из экономайзера примем в первом приближении теплоемкость газа Тогда

 

и

 

При этой температуре и в результате второго приближения

и

При температуре физические свойства дымовых газов данного состава равны соответственно:

Число Рейнольдса для потока газов

 

 

Найдем число Нуссельта и коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенкам труб.

В связи с тем, что число рядов труб вдоль потока неизвестно, расчет ведем для третьего ряда труб. При шахматном расположении для чистых труб по формуле

Nu

где, так как

 

Nu

 

В промышленных условиях вследствие загрязнения котельных поверхностей нагрева интенсивность теплообмена снижается. Для учета этого полагаем:

Определяем коэффициент теплоотдачи излучением от потока газов к стенкам труб. Средняя длина луча

Произведение среднего пути луча на парциальное давление двуокиси углерода и водяных паров

Степень черноты дымовых газов при средней температуре газов () находим по графикам:

 

 

Учитывая, что , принимаем При этой температуре с помощью тех же графиков находим поглощательную способность газов при температуре поверхности труб: