Характеристики водоводяных теплообменников

 

В результате снижения параметра Ф водо-водяного теплообменника уменьшаются тепловой поток Q и изменение температур греющей и нагреваемой воды dt1 и dt2 при их неизменных расходах G1 и G2. Однако, расходы теплоносителей часто изменяются, и возникает практическая задача определения тепловой мощности теплообменника с учетом его загрязнения при изменившихся расходах теплоносителей. Характеристикой теплообменника является зависимость Q(G1,G2,Ф).

Тепловой поток, передаваемый от греющей воды к нагреваемой для данного режима определяется выражением, Вт:

 

(10)

 

где e-коэффициент эффективности теплообменника; Dtmax-максимальный температурный напор в теплообменнике, который обычно известен; Wм - наименьший из двух водяных эквивалентов (если W1> W2, значит Wм= W2, если W1< W2, значит Wм= W1).

Водяные эквиваленты греющей и нагреваемой воды определяются выражениями:

 

W1 = с1×G1; W2 = с2×G2, (11)

 

где с1 и с2 - массовые изобарные теплоемкости воды.

Коэффициент эффективности eдля противоточных водо-водяных теплообменников при различных режимах работы достаточно точно можно определить по формуле:

 

(12)

 

где Wб– наибольший из двух водяных эквивалентов теплоносителей (если W1> W2, значит Wб= W1, если W1< W2, значит Wб= W2); Ф – полный параметр теплообменника.

Формула (12) является приближенной, и величина eдля противоточной схемы не может быть больше 1 (e£1). То есть, если формула (12) для какого-то режима дает значение e> 1, то нужно принимать e=1.

Коэффициент eдля прямоточных водоводяных теплообменников при различных режимах работы можно достаточно точно определить по формуле:

 

(13)

 

Так как формула (13) также является приближенной, то значение eдля прямотока не может превышать значение e*, т.е. если по формуле (13) получилось e> e*, то нужно принимать e= e*.

Изменение температур греющей и нагреваемой воды, °C, определяется выражениями:

 

(14)

 

Задача 6.На рис. 4 и 5 показаны поверхностные водоводяные теплообменники типа «труба в трубе», причем на рис. 4 теплообменник выполнен по противоточной схеме, а на рис. 5 – по прямоточной схеме. Греющая вода движется по внутренней стальной трубе (lс = 45 Вт/(м×К)) диаметром d2/d1 = 35/32 мм и имеет температуру на входе t¢1 = 95 ºС. Нагреваемая вода движется противотоком по кольцевому каналу между трубами. Внутренний диаметр внешней трубы D = 48 мм. Температура нагреваемой воды на входе t¢2 = 15 ºС. Длина одной секции теплообменника l = 1,75 м. Поверхность нагрева – чистая.



 

Рис. 4. Противоточная схема движения.

Рис. 5. Прямоточная схема движения.

 

Требуется определить температуры греющей и нагреваемой воды на выходе из теплообменника t²1 и t²2 и тепловой поток Q, передаваемый от греющей воды к нагреваемой воде в зависимости:

1) от числа секций подогревателя n для противоточной и прямоточной схем, если расход греющей воды G1 = 2130 кг/ч; расход нагреваемой воды G2 = 3200 кг/ч. В расчете принять n = 1; 2; 5; 10; 20; 50; 100. Построить графики Q(n), t²1(n), t²2(n).

2) от расхода греющей воды G1 для противоточной и прямоточной схем, если расход нагреваемой воды G2 = 3200 кг/ч; число секций n = 5. В расчете принять G1 = 500; 1000; 2000; 5000; 10000; 50000 кг/ч. Построить графики Q(G1), t²1(G1), t²2(G1).

3) от расхода нагреваемой воды G2 для противоточной и прямоточной схем, если расход греющей воды G1 = 2130 кг/ч; число секций n = 10. В расчете принять G2 = 2000; 3000; 5000; 10000; 20000; 50000 кг/ч. Построить графики Q(G2), t²1(G2), t²2(G2).

Методика решения.Находим удельный параметр Фу для секции подогревателя длиной 1 м, который остается постоянным для всех режимов работы теплообменника (при неизменном качестве поверхности нагрева), поэтому величину Фу можно рассчитать один раз для определенного режима работы:

 

 

где Fу– площадь поверхности нагрева в расчете на 1 м длины подогревателя, м2: Fу= p×(d1 + d2)/2; W1и W2– водяные эквиваленты горячей и холодной воды, Вт/К, определяемые по формулам (11), где с1 @ с2 @ 4190, Дж/(кг×К); G1 и G2 – массовые расходы, кг/с; k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К), для чистой поверхности теплообмена определяется по выражению (1), где dс = (d2 - d1)/2 – толщина стенки внутренней трубы, м; a1 и a2 – коэффициенты теплоотдачи, Вт/(м2×К), со стороны греющей и нагреваемой воды, которые для определенного режима находятся следующим образом.

По заданным температурам t¢1 и t¢2 определяются теплофизические параметры греющей и нагреваемой воды: плотности r1 и r2; коэффициенты теплопроводности l1 и l2; числа Прандтля Pr1 и Pr2; коэффициенты кинематической вязкости n1 и n2.

Определяются скорости движения теплоносителей, м/с:

 

; .

 

Число Рейнольдса для потока греющей воды:

 

 

Если Re1 > 104, то режим течения турбулентный, и расчет теплоотдачи от греющей воды ведут по формуле:

 

.

 

Задаемся значением температуры поверхности со стороны греющей воды: tс1 » (t¢1 + t²2)/2. По температуре tс1 определяем Prc1.

Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке трубы:

 

 

Число Рейнольдса для потока нагреваемой воды:

 

 

где эквивалентный диаметр для кольцевого канала dэ = D - d2, м.

Приняв tс2 » tс1 и, следовательно, Prc2 » Prc1, определяем теплоотдачу к нагреваемой воде по выражению

 

.

 

Коэффициент теплоотдачи к нагреваемой воде

 

 

Зная удельный параметр Фу, можно рассчитать различные режимы работы теплообменника с чистой поверхностью нагрева. Для теплообменника с числом последовательно включенных секций, равным n, и длиной одной секции l, полный параметр Ф определяется выражением:

 

Определяем максимальный температурный напор в теплообменнике, равный разности температур греющей и на нагреваемой воды на входе:

 

(15)

 

Тепловой поток Q, Вт, передаваемый от греющей воды к нагреваемой для данного режима определяется выражением (10), где e-коэффициент эффективности теплообменника, определяется по формуле (12) или (13) в зависимости от типа теплообменника; Wм– наименьший из двух водяных эквивалентов теплоносителей.

Изменение температур dt1и dt2горячего и холодного теплоносителей в теплообменнике определяется выражениями (14).

Температуры греющей и нагреваемой воды на выходе из теплообменника определяются выражениями:

 

; . (16)

 

По результатам расчета требуется сравнить тепловые мощности Q теплообменников для противоточной и прямоточной схем движения теплоносителей при одинаковых расходах теплоносителей и поверхностях нагрева.

 

Задача 7.Проводилась диагностика серийного секционного водо-водяного подогревателя с длиной секции L = 2000 мм, с числом последовательно включенных секций n0 = 6, работающего по схеме противотока. В результате измерений на работающем теплообменнике установлено, что температуры греющей и нагреваемой воды на входе и выходе из теплообменника составляли t¢1 = 86 °С; t²1 = 53,0 °С; t¢2 = 20 °С; t²2 = 47,4 °С.

Рассчитать тепловую эффективность теплообменника, а также температуры греющей и нагреваемой воды на выходе из данного теплообменника t²1 и t²2 и тепловой поток Q, передаваемый от греющей воды при противоточной и прямоточной схемах движения греющей и нагреваемой воды при следующих условиях:

1) t¢1 = 90 °С; t¢2 = 15 °С; G1 = 60000 кг/ч; G2 = 5000; 10000; 20000; 30000; 50000; 70000; 100000; 150000; 200000 кг/ч; n = n0 = 6.

2) t¢1 = 80 °С; t¢2 = 25 °С; G2 = 70000 кг/ч; G1 = 5000; 10000; 20000; 30000; 50000; 70000; 100000; 150000; 200000 кг/ч; n = n0 = 6.

3) t¢1 = 95 °С; t¢2 = 20 °С; G1 = 60000 кг/ч; G2 = 70000; n = 1; 2; 5; 10.

Те же расчеты провести для теплообменника с чистой поверхностью. Построить графики величин Q, t²1 и t²2 от переменной величины.

 

Методика решения. Для работающего подогревателя по измеренным температурам греющей и нагреваемой воды определяется текущее значение параметра Ф:

 

,

 

dt1 = t¢1 - t²1; dt2 = t²2 - t¢2 - изменения температур греющей и нагреваемой воды; - среднелогарифмический температурный напор в подогревателе, определяемый формулой (6), где при противоточной схеме движения теплоносителей выполняется:

 

Dtб = t¢1 - t²2; Dtм = t²1 - t¢2.

 

Для одной секции подогревателя введем параметр:

 

Ф1 = Ф/n0,

 

где n0 – число секций в исследуемом подогревателе.

При числе секций, равном n, данный параметр равен:

 

Ф= n× Ф1.

 

Для секционных водо-водяных подогревателей при чистой поверхности нагрева можно практически принимать одно и то же значение удельного параметра Фу = 0,1 м-1. Полный параметр Ф0 для подогревателя с чистой поверхностью определяется выражением:

 

Ф0 = n×Фу× L,

 

где n – число последовательных секций; L - длина одной секции, м.

Если Ф @ Ф0, то поверхность теплообменника чистая, коэффициент эффективности практически равен 1. Если Ф < Ф0, то поверхность нагрева загрязнена отложениями (накипи и т.п.), и тепловая эффективность k/k0 определятся выражением (4).

Для расчетных значений t¢1, t¢2, G1, G2, n по формуле (15) определяется максимальный температурный напор в теплообменнике Dtmax.

Тепловой поток Q, Вт, передаваемый от греющей воды к нагреваемой для данного режима определяется выражением (10).

Водяные эквиваленты W1 и W2 греющей и нагреваемой воды определяются выражениями (11), где с1 @ с2 @ 4190 Дж/(кг×К) – теплоемкости; G1 и G2 – расходы, кг/с;

Коэффициенты eдля противоточных и прямоточных водоводяных теплообменников при различных режимах работы можно рассчитать по формулам (12) и (13) соответственно.

Изменение температур греющей и нагреваемой воды, °C, определяются выражениями (14):

 

 

Температуры греющей и нагреваемой воды на выходе из теплообменника находят по формулам (16):

 

; .

 






Дата добавления: 2016-06-22; просмотров: 418;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2017 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей. | Обратная связь
Генерация страницы за: 0.018 сек.