Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1 Лабораторная работа № 1
ВАРИАНтный расчет парового водоподогревателя
Цель работы – выполнить вариантный расчет парового водоподогревателя с учетом факторов, влияющих на размеры площади поверхности теплообмена.
По итогам анализа результатов расчета студенты должны:
определить характер влияния скорости теплоносителя на площадь поверхности теплообмена проектируемого теплообменного аппарата;
выявить зависимости габаритных размеров аппарата от числа ходов теплоносителя, движущегося по трубам;
построить номограммы для выбора теплообменного аппарата с заданными значениями длины теплообменных труб (L) и диаметра кожуха (D).
Поверхность теплообмена подогревателя и охладителей должна быть скомпонована таким образом, чтобы были обеспечены скорости движения охлаждаемой и нагреваемой сред, выбранные для определения расчетного коэффициента теплопередачи k. При выборе скорости теплоносителей учитывают тот фактор, что, чем выше скорость, тем больше значение k и меньше поверхность теплообмена, масса и габариты аппарата. С другой стороны, повышение скоростей приводит к увеличению гидравлического сопротивления аппарата и затрат энергии на перемещение теплоносителей.
Гидравлическое сопротивление соответствующей полости теплообменного аппарата определяется как сумма потери напора на трение и потерь на преодоление всех местных сопротивлений. Гидравлическое сопротивление возможных полостей охладителей и нагревателей может составлять 30 ÷ 150 кПа (0,03 ÷ 0,15 МПа), а масляных и топливных полостей – более 500 кПа (0,5 Мпа).
Иногда необходимо выполнить поверочный расчет теплообменного
аппарата на параметры, отличающиеся от спецификационых (величина поверхности теплообмена и все геометрические характеристики известны). В этом случае расчет начинают с определения скоростей теплоносителей на выходе из аппарата.
В зависимости от параметров теплоносителей задача теплового расчета компоновки теплообменных аппаратом имеет множество вариантных решений. Рассмотрим это на примере компоновки парового подогревателя питательной воды, принимая следующие обозначения:
V2 – расход воды, м3/ч;
W2 – скорость воды, м/c
2 - плотность воды, кг/м3 ;
t21, t22 – начальная и конечная температуры воды, С.
Температуру насыщения, а, следовательно, давление греющего пара, выбираются с учетом номинальной разности температур . В основных секциях подогревателей питательной воды паротурбинных установок часто .
Неудачный выбор скорости воды W2 или разности температур может привести к неприемлимой компоновке подогревателя и чрезмерному увеличению его поверхности нагрева или повышенному гидравлическому сопротивлению. Этого можно избежать, если провести предварительный приближенный расчет.
Площадь поверхности теплообмена определяется по формуле, м2
(1.1)
где Ф – тепловой поток или количество теплоты, передаваемое охлаждающей воде в секунду, Вт. Значение Ф определяется по формуле
(1.2)
здесь Q – количество теплоты, передаваемое охлаждающей воде в час, кДж/ч;
(1.3)
где 2 – плотность воды, кг/м3, взятая при температуре
, (1.4)
; (1.5)
с2 – теплоемкость воды, кДж/(кгК), взятая при температуре t2
; (1.6)
k – среднее значение коэффициента теплопередачи, Вт/(м2К).
Основным фактором, от которого зависит значение коэффициента теплопередачи (k) в паровых подогревателях воды, является скорость воды, назначаемая в пределах 1 2 м/с. По опытным данным k определяется по формуле, Вт/(м2К)
(1.7)
где A = 2900 3200;
tср – среднелогарифмический температурный напор, К,
(1.8)
Подставив в формулу (1.1) значения Ф, k и tср, получим, м2
(1.9)
с учетом того, что
(1.10)
где dвн – внутренний диаметр трубы, м;
n0 - число труб одного хода
. (1.11)
Одновременно
, (1.12)
где dн – наружный диаметр труб, м;
L – длина труб одного хода одноходового водоподогревателя, м;
Z – число ходов теплоносителя.
При Z = 1 получим L0, представляющую собой длину труб для одноходового теплообменного аппарата
(1.13)
Общее число труб
(1.14)
Задавшись разностью температур и скоростью воды W2 в трубах выбранного диаметра, из (1.13) можно определить L0,.
Определив число труб n0 в одном ходе, можно оценить поверхность нагрева и решить вопрос о выборе конструкции и компоновки подогревателя. Чем меньше расчетные значения температурного напора и скорости воды в трубах, тем больше необходимая поверхность нагрева подогревателя. Выражение (1.13) удобно для вариантных расчетов.
Одновременно с изменением числа ходов труб и их длины изменяется наружный диаметр корпуса теплообменного аппарата. В первом приближении, м
(1.15)
где s – шаг труб, м. Шаги труб принимают, как правило, не менее, чем на 6 мм больше наружного диаметра трубы. В работе следует задаться s = (1,3 2,2) · dн.
тр – коэффициент заполнения трубной доски. Значением коэффициента заполнения трубной доски следует задаться в пределах тр=0,5 0,75, причем меньшие значения относятся к многоходовым подогревателям;
ст – толщина стенки корпуса подогревателя, в расчетах принимается в пределах 5 ÷ 8 мм.
Окончательное значение диаметра кожуха определяется по результатам компоновки трубного пучка. После чего уточняется значение коэффициента заполнения трубной доски тр.
Отношение L/D у подогревателей данного типа находятся в широких пределах – от 2 до 10. Где L – длина труб одного хода. В работе принимается, что для многоходовых теплообменных аппаратов
L = L0/Z. (1.16)
1.2 Обработка результатов расчетов
Расчет производится в табличной форме.
Данные для выполнения работы берутся из приложения в соответствии с вариантом, заданным преподавателем.
Заданный интервал скоростей W2 разбивается на четыре равные части – и для каждого значения определяется расчетное число труб одного хода
, (1.17)
Рассчитываемое по (1.17) значение получается, как правило, дробным, поэтому его следует округлить до целого n0 и уточнить действительное значение скорости воды
(1.18)
При выполнении расчетов следует помнить, что в случаях проектирования реальных теплообменных аппаратов значение n0 определяется по итогам компоновки трубного пучка.
По (1.13) определяется значения длин труб одноходового водоподогревателя (L0).
Из заданного интервала значений числа ходов Z выбираются пять, разбивающих его на примерно равные части . Число ходов теплоносителя может быть только целым.
С учетом (1.16) определяются длины труб одного хода при различных значениях скорости движения воды и числа ходов труб.
По (1.12) определяются значения площади поверхностей теплообмена.
Для выбранных ранее значений Zi по (1.15) рассчитываются соответствующие значения D. При этом следует учитывать зависимость тр от числа ходов теплоносителя.
Результаты расчетов сводятся в таблицу.
Сводная таблица расчетов паровых водоподогревателей
|
, м/c (принимаемые значения) |
|||||
|
(расчетные значения) |
|||||
|
n0 (уточненные значения) |
|||||
|
, м/с (уточненные значения) |
|||||
|
L0, м |
|||||
|
L при Z1 = |
|||||
|
Z2 = |
|||||
|
Z3 = |
|||||
|
Z4 = |
|||||
|
Z5 = |
|||||
|
F, м2 |
|||||
|
D, м, при Z1 = ; тр1= |
|||||
|
Z2 = ; тр2= |
|||||
|
Z3 = ; тр3= |
|||||
|
Z4 = ; тр4= |
|||||
|
Z5 = ; тр5= |
По итогам расчетов строятся графики зависимостей L=L(Z) и D=D(Z) при различных значениях скорости движения воды (W2) и F=F(W2).
По заданию преподавателя изображаются схемы расположения перегородок в крышках теплообменного аппарата.
Работа выполняется на персональном компьютере с использованием программы Excel. С этой целью студент должен разработать соответствующую программу в предлагаемой ниже последовательности.
Варианты заданий к лабораторной работе 1
«Вариантный расчет парового водоподогревателя»
|
Номер варианта |
Расход воды, V2, м3/ч |
А |
Внутренний диаметр трубы, dвн, мм |
Наружный диаметр трубы, Dн, мм |
Температура воды на входе, t21C |
Температура насыщенного пара, ts, С |
Интервал изменения значений скорости воды, W2, м/с |
Интервал изменения значений чисел ходов, Z |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
1 |
10 |
2900 |
25 |
29 |
75 |
152 |
0,4-2,4 |
2-16 |
|
2 |
12 |
2920 |
18 |
22 |
80 |
159 |
0,3-2.3 |
2-12 |
|
3 |
14 |
2930 |
21 |
25 |
40 |
170 |
0,5-2,5 |
2-14 |
|
4 |
16 |
2940 |
24 |
29 |
55 |
164 |
0,4-2.0 |
1-15 |
|
5 |
15 |
2985 |
26 |
32 |
45 |
180 |
0,6-2,1 |
1-10 |
|
6 |
20 |
2974 |
33 |
38 |
65 |
195 |
0,5-2,0 |
2-16 |
|
7 |
25 |
2931 |
18 |
22 |
50 |
170 |
0,8-1,8 |
2-12 |
|
8 |
16 |
3000 |
14 |
16 |
75 |
159 |
0,6-2,6 |
2-16 |
|
9 |
18 |
3007 |
17 |
19 |
70 |
152 |
0,7-2,1 |
1-8 |
|
10 |
12 |
3122 |
18 |
20 |
25 |
120 |
0,4-2,2 |
2-16 |
|
11 |
10 |
2990 |
23 |
25 |
60 |
133 |
0,5-2,2 |
4-32 |
|
12 |
23 |
3066 |
22 |
24 |
65 |
145 |
0,4-2,3 |
4-16 |
|
13 |
25 |
3080 |
28 |
32 |
65 |
152 |
0,5-2,0 |
2-16 |
|
14 |
17,4 |
3100 |
34 |
38 |
70 |
159 |
0,3-2,3 |
2-32 |
|
15 |
18,2 |
3121 |
32 |
38 |
30 |
170 |
0,4-2,0 |
2-32 |
|
16 |
19 |
3200 |
16 |
20 |
40 |
164 |
0,6-2,2 |
2-8 |
|
17 |
17 |
3176 |
18 |
22 |
55 |
180 |
0,4-2,6 |
3-12 |
|
18 |
13 |
2915 |
27 |
32 |
70 |
195 |
0,3-2,5 |
2-16 |
|
19 |
11 |
2981 |
25 |
29 |
50 |
180 |
0,6-2,0 |
4-32 |
|
20 |
16 |
2966 |
14 |
16 |
55 |
164 |
0,4-2.0 |
1-15 |
|
21 |
12,8 |
2931 |
18 |
22 |
60 |
170 |
0,8-1,8 |
2-12 |
|
22 |
10 |
2981 |
23 |
25 |
70 |
133 |
0,4-2,2 |
4-32 |
|
23 |
14 |
2930 |
21 |
25 |
60 |
170 |
0,8-1,8 |
2-14 |
|
24 |
17,4 |
3115 |
34 |
38 |
55 |
159 |
0,3-2,3 |
2-32 |
|
25 |
18,9 |
3176 |
17 |
19 |
75 |
152 |
0,7-2,1 |
1-8 |
|
26 |
12,6 |
2944 |
18 |
22 |
65 |
159 |
0,3-2.3 |
2-12 |
|
27 |
20,5 |
2989 |
33 |
38 |
60 |
195 |
0,5-2,0 |
2-16 |
|
28 |
18,2 |
3129 |
32 |
38 |
75 |
170 |
0,4-2,0 |
2-32 |
|
29 |
17 |
3155 |
18 |
22 |
50 |
180 |
0,4-2,6 |
3-12 |
|
30 |
15 |
3010 |
24 |
29 |
60 |
152 |
0,6-2,1 |
4-32 |
Физические параметры воды на линии насыщения
|
Температура t, С |
Плотность ,кг/м3 |
Удельная изобарная теплоемкость СР, кДж/(кгК) |
Теплопроводность , Вт/(мК) |
Кинематическая вязкость 10-6, м2/с |
Критерий Прандтля Pr |
|
0 |
999,9 |
4,212 |
0,551 |
1,789 |
13,67 |
|
20 |
998,2 |
4,183 |
0,600 |
1,006 |
7,02 |
|
40 |
992,2 |
4,174 |
0,635 |
0,659 |
4,71 |
|
60 |
983,2 |
4,178 |
0,660 |
0,478 |
2,98 |
|
80 |
971,8 |
4,195 |
0,676 |
0,366 |
2,21 |
|
100 |
968,4 |
4,220 |
0,683 |
0,291 |
1,75 |
|
120 |
943,1 |
4,250 |
0,687 |
0,252 |
1,47 |
|
140 |
926,1 |
4,287 |
0,686 |
0,216 |
1,25 |
|
160 |
907,4 |
4,346 |
0,684 |
0,191 |
1,11 |
|
180 |
886,9 |
4,417 |
0,676 |
0,173 |
1,00 |
|
200 |
863,0 |
4,505 |
0,664 |
0,158 |
0,93 |
|
220 |
840,3 |
4,614 |
0,646 |
0,148 |
0,89 |
|
240 |
813,6 |
4,756 |
0,629 |
0,141 |
0,87 |
|
260 |
784,0 |
4,949 |
0,606 |
0,135 |
0,87 |
|
280 |
750,7 |
5,229 |
0,576 |
0,131 |
0,89 |
|
300 |
712,5 |
5,736 |
0,541 |
0,128 |
0,97 |
|
320 |
667,1 |
6,573 |
0,507 |
0,128 |
1,11 |
|
340 |
610,1 |
8,164 |
0,458 |
0,127 |
1,38 |
|
360 |
528,0 |
13,98 |
0,397 |
0,127 |
2,36 |