В теплообменном аппарате (экономайзере) происходит подогрев воды от температуры оС до температуры оС за

В теплообменном аппарате (экономайзере) происходит подогрев воды от температуры оС до температуры оС за счет теплоты продуктов сгорания. Расход воды , т/ч, а ее скорость м/с. Температура продуктов сгорания на входе в экономайзер оС, а на выходе –оС. Расход продуктов сгорания , т/ч, а их скорость м/с. Отношение внутреннего диаметра трубы теплообменника к наружному , мм/мм. Необходимо определить число параллельно включенных труб, их общую длину и поверхность нагрева теплообменного аппарата. Схема теплообмена представлена на рис.1. Варианты заданий № п/п , т/ч оС оС мм/мм , м/с м/с , т/ч оС 1 230 160 300 44/50 0,60 13 500 800

Пусть –длина прямого участка одной трубы, – число ходов одной трубы, – число параллельно включенных труб. Тогда общая поверхность теплообмена без учета поворотных участков будет равна:
. (1)
Поверхность теплообмена в случае цилиндрических труб может быть определена из уравнения теплопередачи:
, (2)
где – полный тепловой поток (тепловая мощность), Вт; – коэффициент теплопередачи, отнесенный к одному погонному метру трубы, Вт/(моС).
В свою очередь величина находится из выражения:
.(3)
Тепловая мощность находится из уравнения теплового баланса теплообменника. При отсутствии тепловых потерь имеем:
,(4)
что справедливо при отсутствии фазовых переходов. Здесь теплоемкости дымовых газов и воды должны браться при их среднеарифметических температурах по таблицам теплоемкостей.
Для воды имеем:
оС.
Тогда Дж/(кг оС).
Имеем:
Температура дымовых газов находится по известному тепловому потоку.
. (5)
Однако в этом выражении имеются две неизвестные величины и . Температура в этом случае ищется методом последовательных приближений (методом итераций). Для этого задаются сначала некоторой приемлемой температурой (нулевое приближение), причем < . По этой температуре находят среднее значение теплоемкости в интервале ÷ ( по таблицам), подставляют в уравнение для потока теплоты (5) и из него находят первое приближение , по этой температуре находят среднюю теплоемкость в первом приближении и т.д. до тех пор, пока разница –го и –го приближения не будет меньше наперед заданной величины (обычно < 5%).
В нашем случае зададимся оС. Отсюда имеем по таблицам, что
Дж/(кгоС).
Находим первое приближение.
оС.
Далее находим по таблицам, что Дж/(кгоС).
Температура во втором приближении составит:
оС.
Относительная разность температур в первом и во втором приближениях равна:
Таким образом оС (обычно хватает 2-3 приближений).
Следующий этап –нахождения коэффициента теплопередачи (3).
Материал труб, согласно заданию, обычная сталь, для которой из таблицы находим коэффициент теплопроводности Вт/(моС).
Кооэфициенты теплоотдачи внутри труб и в межтрубном пространстве находим по критериальным зависимотсям.
Коэффициент теплоотдачи внутри труб (со стороны питательной воды)
найдем по формулам для случая движения жидкости внутри круглой гладкой трубы (так как о шероховатости ничего не говорится)

. Но так как критериальные зависимости для определения число Нуссельта зависят от режима движения жидкости, находим сначала число Рейнольса для жидкости, движущейся внутри труб.
. (6)
Величина средней скорости движения воды в трубах задана.
м/с.
Коэффициент кинематической вязкости для воды ищется из таблиц по средней температуре воды оС. Из таблиц выписываем значения коэффициентов кинематической вязкости , теплопроводности и критерий Прандтля при :м2/с; Вт/(моС);
Далее вычисляем число Рейнольдса.
Поскольку >104, режим течения турбулентный. Формула для расчета коэффициента теплоотдачи имеет вид:
(7)
Здесь есть число Прандтля для воды при температуре на внутренней поверхности стенки трубы , которая пока неизвестна. учитывает длину участка стабилизации. В первом приближении полагаем:
1; 1.
Тогда имеем:
и
Вт/(м2 оС).
Коэффициент теплоотдачи со стороны дымовых газов может быть найден по критериальным формулам для теплоотдачи при поперечном омывании трубных пучков, расположенных в шахматном порядке. Для выбора конкретной критериальной формулы рассчитаем сначала число Рейнольдса при движении газа в межтрубном пространстве.
. (8)
По средней температуре газа
оС
находим из таблиц:
м2/с; Вт/(моС);
Имеем:
Поскольку , режим течения смешанный, т.е.
(9)
Здесь есть число Прандтля для дымовых газов при температуре наружной поверхности стенки труб , которая пока неизвестна. Примем в первом приближении
=1.
При строго поперечном обтекании есть поправка на стесненность потока, вызванную наличием труб. При шахматном расположении труб в пучке получим:
(10)
Из (9) находим:
Откуда
Вт/(м2 оС).
Так как температура газов достаточно высока, необходимо учитывать также теплообмен излучением –