Тепловой расчет конденсатора.

Задание

Влажный пар из турбины со степенью сухости х_2д (берется из термодинамического расчета) поступает в горизонтально расположенный конденсатор, на трубках которого пар конденсируется при постоянном давлении p₂ (рис. 4). Трубки выполнены из латуни ( = 85,5 Вт/(м·К)). Внутренний диаметр трубок d₁, мм, внешний d₂, мм. Количество трубок в конденсаторе N = 10000 штук. Расположение трубок в конденсаторе шахматное (рис.5). Количество рядов трубок по вертикали Z = 100. Внутри трубок движется вода со скоростью . Температура воды на входе в конденсатор . Переохлаждение конденсата отсутствует.

Коэффициент полезного действия теплообменного аппарата 0,98.

Рассчитать поверхность теплообмена конденсатора.

Рис. 4. Конденсатор паротурбинной установки

Рис.5. Схема расположения труб в конденсаторе

Порядок теплового расчета конденсатора

1. Теплофизические величины воды (n, m, l) берутся из таблицы (Приложение 3). При расчете принять, что теплофизические величины (в интервале температур 10 – 40^оС) линейно зависят от температуры. Плотность воды 997 кг/м³, удельная изобарная теплоемкость воды 4187Дж/(кг К).

2. Записать уравнение теплопередачи через среднеинтегральный температурный напор. Выразить из этого уравнения искомую поверхность теплообмена. Для ее расчета следует найти тепловой поток, коэффициент теплопередачи и среднеинтегральный температурный напор.

3. Величину теплового потока Q_2д взять из термодинамического расчета.

4. Для расчета среднеинтегрального температурного напора изобразить график изменения температуры теплоносителей по поверхности теплообменника.

Температура воды на выходе из конденсатора t₂^” находится из заданного значения .

5. Массовый расход воды M_в берется из термодинамического расчета действительного цикла.

6. Так как (d₂/d₁)<<2, то коэффициент теплопередачи можно рассчитывать по приближенной формуле для плоской стенки.

7. Для расчета коэффициента теплоотдачи (a₁) от пара к внешней поверхности пучка труб необходимо воспользоваться формулой теплоотдачи при конденсации пара на горизонтальной трубе с учетом поправки на утолщение пленки конденсата на нижележащих трубах пучка. Скрытая теплота парообразования (r) берется из таблицы (Приложение 1) по температуре насыщения. Температурой стенки трубы необходимо задаться. В качестве первого приближения t_c = (t_s + t₂)/2, где t_s – температура насыщения пара, а .

8. Для нахождения коэффициента теплоотдачи (a₂) от стенки трубы к протекающей в ней воде, необходимо определить режим течения воды по величине безразмерного числа Рейнольдса, а затем, используя соответствующую формулу, рассчитать безразмерное число Нуссельта, а из него найти a₂.

9. Зная a₁ и a₂, рассчитываем коэффициент теплопередачи.

10. С целью проверки правильности выбора температуры стенки, вычислить плотность теплового потока (q_a) по формуле теплоотдачи и сравните с плотностью теплового потока (q_k), рассчитанного через среднеинтегральный температурный напор и коэффициент теплопередачи. Если , то значение температуры стенки выбрано правильно.

При невыполнении неравенства задаться новым значением температуры стенки трубы и выполнить расчет снова. Так до тех пор, пока неравенство выполнится. Этот процесс лучше делать с помощью персонального компьютера.

11. Зная тепловой поток, коэффициент теплопередачи и среднеинтегральный температурный напор, находят поверхность теплообмена.

12. Зная поверхность теплообмена, рассчитать общую длину труб (L).

13. Разделив общую длину труб на общее количество труб, найти длину одной трубы.