Существует два основных способа размещения трубок - ромбический и по концентрическим окружностям. Наиболее компактный способ, при котором трубная доска оказывается наиболее полно использована (при одинаковом наименьшем расстоянии между осями трубок) - это ромбический способ с углом между осями трубок - альфа = 600. (рис.2, см. Приложение).
При коэффициенте использования трубной решетки φ = 0,7 диаметр расположения периферийных трубок (по осям)
Dт =1,13S /√n*sin(альфа)/ Ψ
Примем шаг между трубками S=25мм (из соображения, что расстояние минимальное между трубками равно 9мм).
Dт = 1,13*25*√ (144/0,7)*sin60 0С =377мм
Определяем диаметр Dт также и по точной компоновке при ромбическом размещении трубок на трубной доске (Таблица №2, см. Приложение).
При количестве трубок n = 144 = п1 значение Dт/s=14 и, следовательно,
Dт = 14*25=350мм.
Диаметр корпуса теплообменника определим по зависимости
D = Dт+dн+2к = 350+16+2*20=406мм
Здесь dн - наружный диаметр трубок, а к = 20мм - зазор между периферийными трубками и корпусом теплообменника. Принимаем для корпуса подогревателя трубу 426/414мм (студентам самостоятельно подобрать трубу по ГОСТ). Толщину стенки трубы оцениваем по прочности.
б = (Р-В)*D*l/(2δ*l) ≤ [б]
где δ = 6мм - толщина стенки;
D = 414мм – внутренний диаметр трубы;
В =1 ат – атмосферное давление;
l - длина трубы;
[б] – допускаемые напряжения в трубе;
б – напряжения в трубе.
Для углеродистой стали
[б] = 200МПа ≈ 20кг/мм2 = 2000кг/см2.
б = (4-1)*414*10-1*l/(2*δ*l)=3*41,4/1,2=105кг/cм2 = 105*9.81*100Н/мм2 = 0,103МПа.
Напряжения очень малы.
5. Приведенное (среднее) число трубок в вертикальном ряду.
При конденсации пара конденсат стекает с верхних трубок на нижние. Пленка конденсата на нижних трубках тем толще, чем больше трубок в вертикальном ряду. Коэффициент теплоотдачи со стороны пара – конденсата определяется по приведенному количеству трубок в вертикальном ряду
 |  |
m ≈ √n = √144 = 12шт.
6.Определяем коэффициент теплоотдачи от пара – конденсата к стенке трубы.
Коэффициент теплоотдачи определяется, главным образом, термическим сопротивлением пленки конденсата, т.е. зависит от её толщины, режима течения пленки, физических свойств конденсата и от температурного напора между конденсатом и стенкой трубы.
Среднелогарифмический температурный напор от конденсата к нагреваемой воде
∆t=[(t11-t21)-(t111-t211)]/ℓn[(t11-t21)/(t111-t211)]=[(142,9-70)-(142,9-95)]/ℓn[(142,9-
-70)/(142,9-95)] = 25/ℓп(72,9/47,9)=59,50C.
В этой зависимости t11 = t111 = tн = 142,90С (по заданию).
Cредняя температура воды
tв = tн - -∆t = 142,9 - 59,5 = 83,40С.
Средняя температура стенки
tст = (tн+t)/2 = (142,9+83,4)/2=113,150C.
6.4.Режим течения пленки конденсата определяется по приведенной (к вертикальной) длине трубки [1].
L=mdн∆tпА1,
где ∆tп- температурный напор между паром и стенкой трубки
∆tп = tн - -tст = 142,9 – 113,15 = 29,750С;
dн=16мм-наружный диаметр трубки;
А1=(g/ν2)1/3*λ/(rνγ)[1/м*К] - комплекс физических свойств воды на линии насыщения. Для определения коэффициента А1 используем расчеты, сведенные в таблицу №3 (см. Приложение). При температуре конденсации водяного пара tн=142,90С значение коэффициента А1=97,9.
Приведенная вертикальная длина трубки
L=12*0,016*29,75*97,9=562
Приведенная к вертикальной длина труб меньше критического значения lкр=3900, при котором на горизонтальных трубках возникает турбулентное течение пленки конденсата
Режим течения ламинарный и коэффициент теплоотдачи от конденсата к стенке трубки определяется зависимостью [1]
альфап=А2/4√mdн(tн-tст)
А2 определяем по таблице №3 (см. Приложение). А2=8243.
альфап=8243/4√12*0,016*29,75 = 5332ккал/м2*ч*K = 6204Вт/м2K
7. Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к нагреваемой воде.
Режим течения определяется числом Рейнольдса.
Re =Wт*dвн/ν,
где ν – кинематический коэффициент вязкости воды (таблица №1, Приложение). При средней температуре воды t=83,40С (определена выше по среднелогарифмическому напору) кинематический коэффициент вязкости воды равен ν = 0,353*10-6м2/c;
dвн- внутренний диаметр трубок;
Wт = 1м/c –скорость воды в трубках (задана).
Re=1*0,014/0,353* 10-6= 39660
Режим турбулентный.
Коэффициент теплоотдачи от нагреваемой воды к стенкам трубок при турбулентном течении определяем по зависимости [1]
альфав=A5W0,8/dвн0,2,
где:
А5=2656-коэффициент при турбулентном течении воды при её средней температуре t=83,40C (определяется по таблице №3, Приложение).
Тогда,
альфав=2656*10,8/0,0140,2= 6237ккал/м2часК = 7258Вт/м2К
8. Рассчитываем коэффициент теплопередачи от пара к воде, как при теплопередаче через плоскую стенку (т.к. толщина стенки трубки мала по сравнению с её радиусом ).
К=1/(1/альфап + δ /λ + δ 3/λ3 + 1/альфав)
δ = 1мм = 0,001м-толщина трубок;
λ = 105Вт/мК - коэффициент теплопроводности латунной трубки;
δ3/λ3 = 0,0013м2К/Вт - термическое сопротивление загрязнений на трубке (задано)
К = 1 /[1/6204 + 0,0014/105 + 0,00013 + 1/7258] = 1/[1,612*10-4+
+0,095*10-4+1,3*10-4+ +1,378*10-4] = 2281Вт/м2К = 1960 ккал/м2часК
Дата: 2018-12-28, просмотров: 261.
