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: