Расчет подогревателя низкого давления
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
?оторая определяется по температуре насыщения tн [4, 6].
В выражении (2.18) можно выделить комплекс, учитывающий физические свойства плёнки конденсата
(2.19)
Тогда
(2.20)
Формула (2.18) и вытекающая из неё формула (2.20), строго говоря, справедливы при конденсации сухого насыщенного пара. Приближённый учёт перегрева может быть учтён [5], если в них вместо теплоты фазового перехода r подставить значение
,
где iп, iн - энтальпия перегретого и насыщенного пара, соответственно.
Если ввести комплекс В1
(2.21)
то (2.20) преобразуется к виду
(2.22)
а подстановка (2.22) в (2.15) даёт
(2.23)
Падение температуры в стенке трубок
(2.24)
Коэффициент теплоотдачи ?2 от внутренней стенки трубки к нагреваемому конденсату определяется по уравнению подобия Михеева [3], описывающему среднюю теплоотдачу при турбулентном течении жидкости в трубах
(2.25)
Если пренебречь близким к единице множителем , учитывающим зависимость теплофизических свойств жидкости от температуры, то будем иметь
(2.26)
где dвн -- внутренний диаметр трубок, м; wв -- скорость воды в трубках ПНД, которую обычно принимают в пределах 1,5…2,5 м/с.
Падение температуры при теплоотдаче от внутренней поверхности стенки к воде
(2.27)
Принимают, что сумма частичных температурных напоров равна среднему логарифмическому температурному напору
(2.28)
Это трансцендентное уравнение относительно плотности теплового потока q, которое можно решить численным или графическим способом.
Для графического решения уравнение (2.28) удобно представить в виде
(2.29)
где ЛЧ -- левая часть, ПЧ -- правая часть.
Схема графического решения показана на рис. 2.5. После нахождения величины q описанным выше образом, можно её уточнить, используя новые значения tc1, tc2 и ?2, найденные по формулам, вытекающим из (2.23), (2.24) и (2.26)
; ;
Решение уравнения (2.28) с новым значением даёт второе приближение для величины q.
В изложенной методике расчёта коэффициент теплопередачи не участвует, однако для справки он может быть определен как
(2.30)
Поверхность нагрева равна
(2.31)
В дальнейшем используется расчётная поверхность нагрева Fp, которая принимается с запасом на заглушаемые в процессе эксплуатации трубки:
(2.32)
2.3 Определение конструктивных размеров подогревателя низкого давления
Числом ходов ПНД по воде задаются. Наибольшее распространение получили теплообменники с z = 4. На рис. 2.6 показано, как движется конденсат в водяной камере четырёхходового ПНД.
Весь объёмный расход конденсата движется по nz трубок каждого из ходов воды, т.е.
(2.33)
откуда
(2.34)
Число отверстий в трубной доске
(2.35)
Принимают, что при ромбическом расположении осей трубок на трубной доске (ромбической разбивке) на одну трубку приходится часть площади трубной доски, определяемая площадью ромба с острым углом, равным 60:
(2.36)
где t -- расстояние между осями трубок, шаг. Это поясняется на рис. 2.7.
Шаг разбивки t связан с наружным диаметром трубок соотношением, вытекающим из условия прочности трубной доски: при развальцовке трубок t = (1,25…1,3)dн, при приварке трубок t = (1,4…1,6)dн.
Площадь трубной доски, занятая трубками
(2.37)
По конструктивным условиям часть трубной доски не может быть заполнена отверстиями под трубки. Это отражается в конструктивной характеристике, которая называется коэффициентом заполнения трубной доски
(2.38)
где Sтр -- площадь трубной доски. Значение ?тр предварительно берётся по аналогичным конструкциям, а в дальнейшем уточняется при конструктивной проработке аппарата. Для ПНД ?тр = 0,35…0,65.
Диаметр трубной доски
(2.39)
Объединив (2.37), (2.38) и (2.39), будем иметь
(2.40)
Величина поверхности нагрева по наружному диаметру трубок
(2.41)
откуда
(2.42)
Диаметр трубной доски ограничен условиями её прочности. Для ПНД рекомендуется Dтр = 1,0…1,8 м.
При ремонте подогревателей трубная система с помощью мостового крана переноситься на ремонтную площадку. ПНД стоят вертикально, поэтому размер ?тр минимизирован максимальной высотой крюка мостового крана. Отсюда важным конструктивным показателем для ПНД является величина
(2.43)
2.4 Гидравлическое сопротивление
Полная механическая энергия 1 м3 потока движущейся жидкости определяется трёхчленом Бернулли
(2.44)
где z -- расстояние данного сечения струйки тока жидкости от уровня, принятого за начало отсчета, а остальные обозначения введены выше.
Величину Н называют напором или полным давлением, измеряется в Па. Слагаемые правой части уравнения (2.44) называются статическим давлением, геометрическим напором, динамическим напором, соответственно.
При движении вязкой жидкости по трубам и каналам часть полного давления необратимо теряется (переходит в теплоту). Гидравлическое сопротивление - величина, равная потери полного давления. Отношение потерянного полного давления к динамическому давлению в условленном сечении называют коэффициентом гидравлического сопротивления.
При установившемся движении теряемая часть полног