Произвести тепловой и конструктивный расчет секционного водо-водяного подогревателя кожухотрубчатого типа производительностью Q2. Температура греющего

Произвести тепловой и конструктивный расчет секционного водо-водяного подогревателя кожухотрубчатого типа производительностью Q2. Температура греющего теплоносителя t1' на входе в подогреватель и t1'' на выходе; температура нагреваемого теплоносителя t2' на входе и t2'' на выходе. Заданы КПД подогревателя и режим течения теплоносителей. Данные для расчета приведены в таблице 1. Дано: t1' t1'' t2' t2'' Q2 КПД Режим 105 ˚С 70 ˚С 10 ˚С 60 ˚С 2,18Гкалч=2,54 МВт 92,5% Прямоток

Определяем температурный напор:
Δtср=Δtб-ΔtмlnΔtбΔtм
Δtб=105-10=95 ˚С
Δtм=70-60=10 ˚С
Δtср=95-10ln9510=37,75 ˚С
Определяем средние параметры теплоносителей:
tср1=t1'+t1''2=105+702=87,5 ˚С
tср2=t2'+t2''2=10+602=35 ˚С
Средняя температура стенки:
tср=tср1+tср22=87,5+352=61,25 ˚С
Плотность теплоносителей:
ρ1=966,3кгм3; ρ2=994кгм3
Удельная теплоемкость С1=С2=4,2кДжкг×˚С
Тепловая нагрузка подогревателя с учетом потерь в окружающую среду:
Q1=Q2η=2,540,925=2,75 МВт
Расход горячего теплоносителя:
G1=Q1С1×t1'-t1''=2,75×10004,2×105-70=18,71 кгс
G2=Q2С2×t2'-t2''=2,75×10004,2×60-10=13,1 кгс
Объемные расходы теплоносителей:
V1=G1ρ1=18,71966,3=0,0194м3с
V2=G2ρ2=13,1994=0,0132м3с
Задавшись размерами трубок в теплообменнике 16×14 мм из латуни, определяем площадь прохода теплоносителя внутри трубок для рекомендуемой скорости ω2=1мс.
Fтр=V2ω2=0,01321=0,0132 м2
Число трубок:
n=Fтр×4π×dвн2=0,0132×43,14×0,0142=86
Стандартное число труб в подогревателе n'=91.
Тогда площадь прохода теплоносителя внутри трубок равна:
Fтр'=n'×π×dвн24=91×3,14×0,01424=0,014 м2
Скорость теплоносителя внутри трубок:
ω2'=V2Fтр'=0,01320,014=0,94мс
Внутренний диаметр корпуса Dвн, исходя из относительного шага S:
S=1,5×dн=1,5×16=24 мм
Dвн=1,1×S×n'=1,1×0,024×91=0,24 м
Площадь межтрубного пространства:
Fм тр=π×Dвн24-n'×π×dвн24=3,14×2,424-91×3,14×0,01424=0,045 м2
Скорость горячего теплоносителя:
ω1'=V1Fм тр=0,01940,045=0,43мс
Эквивалентный диаметр межтрубного пространства:
dэкв=4×Fмтрπ×Dвн+n×dн=4×0,0453,14×0,241+97×0,016=0,032 м
Критерии Рейнольдса для теплоносителей:
Re=ω×dэквν
где ν - коэффициенты кинематической вязкости при средних температурах теплоносителей.
ν1=0,336×10-6м2с ν2=0,732×10-6м2с
Re2=0,94×0,0140,732×10-6=17978
Re1=0,43×0,0320,336×10-6=40952
Критерии Прандтля при средних температурах теплоносителей:
Pr1=2,01 Pr2=4,86
Критерий Прандтля при температуре стенки:
Prст=2,88
Критерии Нуссельта:
Nu2=0,021×Re20,8×Pr20,43×Pr2Prст0,25=0,021×179780,8×4,860,43×4,862,880,25=119,7
Nu1=0,021×Re10,8×Pr10,43×Pr1Prст0,25=0,021×409520,8×2,010,43×2,012,880,25=126,9
Коэффициенты теплопередачи:
α=Nu×λdэкв
где λ - коэффициенты теплопроводности теплоносителей при средних температурах:
λ1=0,678Втм×˚С λ2=0,626Втм×˚С
α1=126,9×0,6780,032=2688,7 Втм2×˚С
α2=119,7×0,6260,014=5352,3 Втм2×˚С
Коэффициент теплопередачи определяем по формуле для плоской стенки:
k=11α1+δλ+1α2+Rзаг
где λ=105 Втм×˚С - коэффициент теплопроводности меди.
k=112688,7+0,001105+15352,3=1759,67 Втм2×˚С
Поверхность теплообмена:
F=Q1k×Δtср=2,75×1061759,67×37,75=41,4 м2
Площадь трубок одной секции длиной l=2 м:
Fсек=π×dср×n'×l=3,14×0,015×91×2=8,57 м2
Число секций:
Nсек=FFсек=41,4/8,57=5 секций