42783

Розрахунок геометричних розмірів та втрат тепла теплової мережі, яка складається з котла теплотраси та теплообмінного апарату

Курсовая

Физика

Теплообмін – це енергетичний обмін між об’єктами, які взаємодіють між собою в системі, що розглядаються, необхідною і достатньою умовою якої є різниця температур даних областей. Місцевим результатом теплообміну є вирівнювання різниці температур

Украинкский

2013-10-23

743.07 KB

13 чел.

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Національний університет водного господарства та природокористування

Кафедра теплоенергетики та машинознавства

Пояснювальна записка до

курсової роботи

з дисципліни:

Тепломасообмін

ГЕ 31 23 00 18

Оцінка:

за 100 бальною шкалою   _______

за стандартом ECTS         _______

за стандартом МОНУ       _______

____________                                ___________

(Дата)                                                     (Підпис)

До захисту

____________                                ___________

(Дата)                                                     (Підпис)

Виконав:

Студент 3-го курсу

ФГТБ та ГЕ, групи ГЕ-31

Cверблюк Михайло Степанович

Перевірив:

ст.викладач Середа В.В.

Рівне 2012

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

2

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

Розроб.

Головко О.С.

Перевір.

Середа В.В.

Реценз.

Н. Контр.

Затверд.

Куба В.В.

Розрахунок геометричних розмірів та втрат тепла теплової мережі, яка складається з котла теплотраси та теплообмінного апарату

Літ.

Аркушів

43

НУВГП, МЕФ, Кафедра ТЕ І М.

ЗМІСТ

Вступ………………………………………………….…………………............……3

1. Розрахунок теплообмінного апарату....................……………………….........…4

  1.1. Вибір швидкості гарячого теплоносія в трубах……………………….….....4

  1.2. Розрахунок витрат гарячого теплоносія…………………………………......4

  1.3. Розрахунок площі поперечного перерізу трубки для гарячого теплоносія.5

  1.4. Розрахунок кількості трубок в теплообмінному апараті…………….……..6

  1.5. Розрахунок фактичної швидкості руху гарячого теплоносія........................6

  1.6. Розрахунок площі поперечного перерізу між трубного простору ТА...…..6

  1.7. Розрахунок масової витрати холодного теплоносія………....…………...…7

  1.8. Розрахунок процесу теплообміну в теплообмінному апараті (перше наближення)……………… ........................................................................................8

  1.9. Розрахунок процесу теплообміну в теплообмінному апараті (друге наближення)…………………………………………………………………….......12

  1.10. Розрахунок довжини теплообмінного апарату……………….......…........14

2. Розрахунок теплотраси…........…………...……….………………….................16

  2.1. Розрахунок гарячої гілки теплотраси............................................................16

  2.2. Розрахунок холодної гілки теплотраси……......…….……………………..23

3. Розрахунок котла……………………….....……………………………………..29

  3.1. Розрахунок втрат тепла з поверхні котла…….…….....………….………...30

  3.2. Визначення товщини ізоляції котла…………….……….…………………32

  3.3. Внутрішній баланс котла….…………………….…………………………..32

  3.4. Розрахунок фактичних розмірів котла…………….....…………………….36

  3.5. Розрахунок котла ( друге наближення)…….……………….……………...37

Література…………………………………………………………………………...41

                                                                                                                                                     Н

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

3

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

Вступ

Теплообмін – це енергетичний обмін між об’єктами, які взаємодіють між собою в системі, що розглядаються, необхідною і достатньою умовою якої є різниця температур даних областей. Місцевим результатом теплообміну є вирівнювання різниці температур.

Теорія теплообміну визначає швидкість перенесення теплоти, а також температуру елементів системи для заданого проміжку часу. Розрізняють три способи передачі теплоти: теплопровідність, конвекція, випромінювання.

Теплообмінний апарат – це пристрій, в якому відбувається передача теплоти від гарячого теплоносія до холодного. За принципом дії всі теплообмінні апарати поділяються на: рекуперативні, регенеративні та змішуючи.

Подібно до процесів теплообміну масо обмін може відбуватись молекулярною та конвективною дифузією, які є складовими частинами теплообміну. Молекулярна дифузія – це процес переносу маси, який обумовлений тепловим рухом мікрочастинок.

Всі наведені вище процеси теплообміну повинні бути розглянуті в курсовій роботі з тепломасообміну  для розрахунку геометричних розмірів та втрат тепла елементів теплової мережі, яка буде складатися з котла, теплотраси та теплообмінного апарату.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

4

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

1.Розрахунок теплообмінного апарату (ТА)

Рис.1.1.Кожухотрубний, рекуперативний, одноходовий теплообмінний апарат безперервної дії:

1-корпус або кожух; 2-труби; 3-трубні решітки; 4-днища або кришки розподільчої камери; 5-фланеці. 1-1- рух гарячого теплоносія; 1-2 рух холодного теплоносія.

1.1. Вибір швидкості гарячого теплоносія в трубах

Приймаємо швидкість руху гарячого теплоносія рівною  

1.2. Розрахунок масової витрати гарячого теплоносія

Запишемо складову рівняння теплового балансу ТА з боку гарячого теплоносія:

,                                             (1)

де - масова витрата гарячого теплоносія, кг/с;

- середня ізобарна теплоємність гарячого теплоносія, кДж/(кгК);

- температура гарячого теплоносія на вході в ТА, ;

- температура гарячого теплоносія на виході в ТА, ;

Визначаємо середньоарифметичне значення температури дітолілметану,  

                                                       (2)

  При цій температурі визначаємо фізичні властивості гарячого теплоносія (Дифеніл):


З рівняння (1) знаходимо масову витрату гарячого теплоносія:

1.3 Розрахунок площі поперечного перерізу трубки для гарячого теплоносія

  Масова витрата теплоносія з іншого боку буде записана через рівняння нерозривності потоку:

                                                      (3)

де - швидкість руху гарячого теплоносія, м/c;

    - площа поперечного перерізу трубки, м2;

   густина гарячого теплоносія, кг/м3;

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

5

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

З формули (3) знаходимо :

Для того, щоб визначити поперечний переріз однієї  трубки теплообмінного апарату приймаємо діаметри, згідно [1,2.15.ст.110]:

  1.  внутрішній  dвн=20 мм;
  2.  зовнішній dзов=24 мм;
  3.  товщина стінки трубки 2 мм.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

6

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

Визначаємо значення площі поперечного перерізу трубки для гарячого теплоносія:

                                                              (4)

Розрахунок кількості трубок в теплообмінному апараті

,                                                              (5)

Згідно[1,табл.2.13,ст..107] приймаємо стандартну кількість трубок в ТА рівною:

=566 шт.

:

                                                                                               (6)

,                                            (7)

Округлюємо отримане значення до стандартного значення згідно ГОСТ 9617-79, [1,ст..108]. Приймаємо

1.5 Розрахунок фактичної швидкості руху гарячого теплоносія

Фактична швидкість гарячого теплоносія буде рівною:

=                                                       (8)

=

1.6 Розрахунок площі поперечного перерізу між трубного простору ТА

                                        (9)

1.7. Розрахунок масової витрати холодного теплоносія

  Знаходимо середньоарифметичну температуру холодного теплоносія (дітолілметан):

                                                         (10)

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

7

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

При цій температурі визначаємо фізичні властивості дітолілметану,:

Знаходимо масову витрату холодного теплоносія:

                                                        (11)

Де   - середня ізобарна теплоємність холодного теплоносія при середній температурі,   .

З рівняння  нерозривності потоку знаходимо швидкість руху холодного теплоносія:

,                                             (12)

Де   - густина холодного теплоносія при середній температурі, .

.

1.8. Розрахунок процесу теплообміну в теплообмінному апараті (перше наближення).

1.8.1. Розрахунок теплообміну всередині трубок

Для цього використаємо формулу для примусового руху рідини всередині круглих,гладких труб. Для визначення режиму руху гарячого теплоносія знаходимо число Рейнольдса   

                                                                 (13)

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

8

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

де  - коефіцієнт кінематичної в’язкості гарячого теплоносія при середній температурі, .

Оскільки , то режим руху турбулентний, тому критерій Нусельта визначається:

                  (14)

де  - число Прандля для гарячого теплоносія при середній температурі;

- число Прандля для гарячого теплоносія при температурі стінки, ;

– коефіцієнт, що враховує зміну середнього коефіцієнта тепловіддачі по довжині труби,

Приймаємо температуру зовнішньої поверхні стінки труби, для першого наближення:

При температурі поверхні стінки визначаємо число Прандля гарячого теплоносія:

=16,813.

Для першого наближення:

Коефіцієнт тепловіддачі від гарячого до внутрішньої поверхні труби рівний:

                                                (15)

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

9

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

де 𝜆p1 – коефіцієнт теплопровідності гарячого теплоносія при середній температурі,  .

1.8.2. Розрахунок теплообміну ззовні трубок

Для розрахунку процесу теплообміну від зовнішньої поверхні стінки труби до холодного теплоносія визначаємо режим руху теплоносія:

                                                      (16)

.

де – коефіцієнт кінематичної в’язкості холодного теплоносія при середній температурі, ;

dекв – еквівалентний діаметр,м.

                                                                                          (17)

де Р – змочений периметр,м.

                                                                   (18)

Так, як Re>2300, то режим руху холодного теплоносія турбулентний, тому число Нусельта визначається за формулою:

             (19)

де Prp2 – число Прандля холодного теплоносія при середній температурі;

Prст2 – число Прандля холодного теплоносія при температурі стінки,[1, табл.2.2,ст.97];

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

10

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

Приймаємо температуру зовнішньої поверхні стінки труби, для першого наближення:.

При температурі поверхні стінки визначаємо число Прандля холодного теплоносія:  

                                            (20)

де S – крок між трубної решітки,м.

Тоді,

Коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні трубки до холодного теплоносія буде рівним:

                                                         (21)

де 𝜆р2 – коефіцієнт теплопровідності холодного теплоносія при середній температурі, .

1.8.3.Розрахунок коефіцієнта теплопередачі

Для першого наближення будемо мати:

,                                              (22)

де 𝜆mp – коефіцієнт теплопровідності матеріалу трубки при температурі стінки труби, .

Приймаємо в якості матеріалу трубки – вуглецева сталь

Для даного сплаву .

Тоді отримаємо:

.

1.8.4. Розрахунок температури стінок трубок

Температура внутрішньої поверхні стінки трубки буде рівна :

(23)

Де – термічний опір внутрішньої поверхні стінки трубки, ;

- загальний термічний опір теплопередачі ,  .

                                                    (24)

                                                        (25)

Тоді,

Температура зовнішньої поверхні стінки труби буде рівна :

                                    (26)

де   - теомічний опір зовнішньої поверхні стінки трубки , .

                                                           (27

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

11

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

)

Тоді,

Порівняємо отримані значення температур стінок з прийнятими :

  Оскільки перше наближення температури стінки трубки відрізняється більш ніж на 1 %, то необхідно перезадати температури внутрішньої та зовнішньої поверхонь стінки трубки і провести розрахунок з п. 1.8

  1.9. Розрахунок процесу теплообміну в теплообмінному апараті( друге наближення )

Для другого наближення приймаємо:

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

12

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

При температурі поверхні стінки визначаємо число Прандля гарячого теплоносія:

=21,7896.

Для другого наближення число Нусельта за формулою (14):

Коефіцієнт тепловіддачі від гарячого до внутрішньої поверхні труби (15):

При температурі поверхні стінки визначаємо число Прандля холодного теплоносія:

Тоді, за формулою (19):

Коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні трубки до холодного теплоносія за формулою (21) буде рівним:

Приймаємо в якості матеріалу трубки – вуглецева сталь.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

13

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

Для даного сплаву .

Тоді за формулою (22) отримаємо:

.

Температура внутрішньої поверхні стінки трубки за формулою (23) буде рівна :

Температура зовнішньої поверхні стінки труби буде за формулою (26) рівна :

Порівняємо отримані значення температур стінок з прийнятими :

Умова підтверджується.

  1.10. Розрахунок процесу теплообміну в теплообмінному апараті(третє наближення )

Для другого наближення приймаємо:

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

12

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

При температурі поверхні стінки визначаємо число Прандля гарячого теплоносія:

=19,7522.

Для другого наближення число Нусельта за формулою (14):

Коефіцієнт тепловіддачі від гарячого до внутрішньої поверхні труби (15):

При температурі поверхні стінки визначаємо число Прандля холодного теплоносія:

Тоді, за формулою (19):

Коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні трубки до холодного теплоносія за формулою (21) буде рівним:

Приймаємо в якості матеріалу трубки – вуглецева сталь.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

13

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

Для даного сплаву .

Тоді за формулою (22) отримаємо:

.

Температура внутрішньої поверхні стінки трубки за формулою (23) буде рівна :

Температура зовнішньої поверхні стінки труби буде за формулою (26) рівна :

Порівняємо отримані значення температур стінок з прийнятими :

Умова підтверджується.

Умова підтверджується.

1.11. Розрахунок довжини теплообмінного апарату

Загальна довжина теплообмінного апарату знаходиться за формулою:

                                                        (28)

де  -коефіцієнт теплопередачі,  ;

- середній логарифмічний температурний напір для заданої схеми руху теплоносіїв, .

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

14

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

При протитоці:

                                                       (29)

де  , - більше і менше значення температурного напору , .

=90

= 109.

Рис 1.2. Схема до визначення середнього логарифмічного температурного     напору

Довжина однієї трубки теплообмінного апарату:

                                                                   (30)

Площа поверхні теплообміну визначається за формулою :

                                               (31)

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

15

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

де  - середній діаметр трубки, м.

,                                        (32)

2. Розрахунок теплотраси

Гаряча та холодна гілка теплотраси виконана в наземному виконанні.

                              

Рис 2.1. Поперечний переріз теплотраси.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

16

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

1-шар ізоляції; 2- труба;  – зовнішній діаметр труби;  - внутрішній діаметр труби;  - діаметр шару ізоляції.   

2.1. Розрахунок гарячої гілки теплотраси

2.1.1. Розрахунок діаметру трубопроводу

З рівняння нерозривності потоку внутрішній діаметр трубопроводу рівний:

                                                      (33)

де  - масова витрата гарячого теплоносія, кг/с,

     - густина гарячого теплоносія при температурі на вході в теплообмінний апарат, кг /, [1, табл.2, ст.26];

    - швидкість руху гарячого теплоносія, м/с.

 Приймаємо швидкість руху гарячого теплоносія в трубі рівною .

,

Округлюємо отримані значення діаметру до стандартного значення, згідно ГОСТ 9617-79.

Приймаємо = 0,804 м; = 0,82 м; = 0,006м.

Знаходимо діаметр шару ізоляції труби:

dіз =dзов+2δіз,                                              (34)

де δ - товщина шару ізоляції теплотраси, м.

dіз =0,82+20,13 = 1,08м.

Фактична швидкість руху гарячого теплоносія всередині труби:

ω1ф = ,                                                 (35)

ω1ф = .

2.1.2. Розрахунок втрат тепла з поверхні трубопроводу

Задаємось температурою поверхні ізоляції:

tіз(1)=(3...15) +tпов ,                                             (36)

де tпов - температура повітря, °С.

Приймаємо tіз(1) = 8+6=14 °С.

Загальні втрати тепла з поверхні ізоляції:

Qіз=Qпр+Qк,                                                   (37)

де Qпр  - втрати тепла променевим теплообміном, Вт;

    Qк - втрати тепла конвективним теплообміном, Вт.

Втрати тепла променевим теплообміном рівні:

Qпр=εС0F                                              (38)

де ε - степінь чорноти поверхні ізоляції, ε = 0,3, [2, табл. 24, ст. 273];

   С0 - коефіцієнт випромінювання абсолютного чорного тіла,

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

17

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

 С0 = 5,67

   F - площа одного погонного метра труби, покритого ізоляцією, м;

- температура поверхні ізоляції, К;

- температура повітря, К.

F = πdl=πdіз ,                                             (39)

F = π1,08=3,391 ,

Qпр =.

Втрати тепла конвективним теплообміном рівні:

QkkF (tіз-tпов),                                           (40)

де к - коефіцієнт тепловіддачі від поверхні ізоляції до повітря,

к=Nu                                             (41)

де: Nu - критерій Нусельта;

       коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі tпов=6°С,,  [2, табл. 9, ст. 263].

λпов|6=2,482.

Визначаємо режим руху повітря, що набігає на теплотрасу.

Число Рейнольдса буде рівним:

Re=                                               (42)

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

18

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

де  - швидкість вітру що набігає на теплотрасу, м/с;

коефіцієнт кінематичної в'язкості повітря при температурі tпов=22°С, м2/с, [2, табл. 9, ст. 263].

vпов|22= .

Re=156431,1

Так як Re> то режим руху перехідний і критерій Нусельта визначається за формулою:

, (43)

де Pr- число Прандля для повітря при температурі tпов =6°С [2, табл. 9, ст. 263];

Pr - число Прандля для повітря при температурі поверхні ізоляції, [2, табл. 9, ст. 263];

- поправочний коефіцієнт, що враховує відстань між трубами, приймаємо  =1;

- поправочний коефіцієнт, що враховує кут набігання повітря на теплотрасу, [2, ст. 138].

Prпов|6=0,7058;

Prпов|14=0,7042.

При , = 0,87

Тоді:

.

  Визначаємо середню температуру ізоляції:

                                                       (44)

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

19

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

Для азбозуритної ізоляції  коефіцієнт теплопровідності визначається за формулою :

                                   (45)

  Знаходимо термічний опір ізоляції:

                                              (46)

  Визначаємо критичне значення термічного опору ізоляції за формулою:

                                                 (47)

  Перевіряємо правильність прийняття температури поверхні ізоляції, для чого записуємо рівняння теплового балансу:

                                         (48)

  Порівнюємо отримане значення з прийнятим:

                                      (49)

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

20

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

  Оскільки перше наближення температури поверхні ізоляції відрізняється більше ніж 0,5% то необхідно перездати температуру поверхні ізоляції і провести розрахунок спочатку.

  Приймаємо друге наближення поверхні ізоляції

Згідно (38) втрати тепла променевим теплообміном будуть рівні:

=.

При прийнятій поверхні ізоляції число Прандля  рівне:

Критерій Нусельта визначаємо за формулою (43):

Коефіцієнт тепловіддачі визначаємо за формулою (41):

Втрати тепла конвективним теплообміном визначаємо за формулою (40):

Загальні втрати тепла з поверхні ізоляції визначаються за формулою (37):

       Визначаємо середню температуру ізоляції за формулою (44):

       Для азбозуритної ізоляції коефіцієнт теплопровідності визначається за  формулою (45) :

      Знаходимо термічний опір ізоляції за формулою (46):

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

21

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

Критичне значення термічного опору ізоляції визначається за формулою (47):

Перевіряємо правильність прийняття температури поверхні ізоляції за формулою (48):

  Оскільки друге наближення температури поверхні ізоляції відрізняється більше ніж 0,5% то необхідно перездати температуру поверхні ізоляції і провести розрахунок спочатку.

  Приймаємо третє наближення поверхні ізоляції

Згідно (38) втрати тепла променевим теплообміном будуть рівні:

=.

При прийнятій поверхні ізоляції число Прандля  рівне:

Критерій Нусельта визначаємо за формулою (43):

Коефіцієнт тепловіддачі визначаємо за формулою (41):

Втрати тепла конвективним теплообміном визначаємо за формулою (40):

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

22

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

Загальні втрати тепла з поверхні ізоляції визначаються за формулою (37):

       Визначаємо середню температуру ізоляції за формулою (44):

       Для азбозуритної ізоляції коефіцієнт теплопровідності визначається за  формулою (45) :

Знаходимо термічний опір ізоляції за формулою (46):

Критичне значення термічного опору ізоляції визначається за формулою (47):

Перевіряємо правильність прийняття температури поверхні ізоляції за формулою (48):

Умова виконується.

2.1.3. Втрати тепла з гарячої гілки теплотраси

        Визначаємо втрати тепла з гарячої гілки теплотраси за формулою:

                                                (50)

де L– довжина теплотраси, м.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

23

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

       2.1.4. Критичний діаметр ізоляції

       Критичний діаметр ізоляції гарячої гілки теплотраси визначаємо по формулі:

                                                         (51)

       2.2. Розрахунок холодної гілки теплотраси

       2.2.1. Розрахунок діаметру трубопроводу

З рівняння нерозривності потоку внутрішній діаметр трубопроводу рівний:

                                                       (52)

       де  – густина гарячого теплоносія при температурі на виході з теплообмінного апарату, , [1, табл2, ст. 26];

- швидкість руху гарячого теплоносія,

 Приймаємо швидкість руху гарячого теплоносія в трубі рівною

Округляємо отримані значення діаметру до стандартного значення, згідно ГОСТ 9617-79.

Приймаємо = 0,804 м; = 0,82 м; = 0,008 м.

Знаходимо діаметр шару ізоляції труби згідно (34):

dіз =0,82+20,13 = 1,08 м.

Фактична швидкість руху гарячого теплоносія всередині труби:

                                                        (53)

2.2.2. Розрахунок втрат тепла з поверхні трубопроводу

Задаємось температурою поверхні ізоляції:  
                                                (54)                                       

де - температура повітря, °С.

Приймаємо:

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

24

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

        Втрати тепла з холодної гілки трубопроводу будуть складатися з втрат тепла променевим теплообміном та втрат тепла конвективним теплообміном.

Площа одного погонного метра труби для холодної гілки теплотраси, що покрита ізоляцією згідно (39) буде рівна:

Втрати тепла променевим теплообміном згідно (38) рівні:

=

При прийнятій температурі поверхні ізоляції число Прандля  рівне:

Згідно (42) Число Рейнольдса буде рівним:

                    

Критерій Нусельта визначаємо за формулою (43) :

0,22

Коефіцієнт тепловіддачі від поверхні ізоляції до повітря визначаємо за формулою (41):

  Втрати тепла конвективним теплообміном визначаємо за формулою (40):

Тоді:

.

       Визначаємо середню температуру ізоляції за формулою (44):

Для азбозуритної ізоляції коефіцієнт теплопровідності визначається за формулою :

                           (45)

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

25

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

Знаходимо термічний опір ізоляції за формулою (46):

Визначаємо критичне значення термічного опору ізоляції за формулою (47):

Перевіряємо правильність прийняття температури поверхні ізоляції за формулою (48):

Порівнюємо отримане значення з прийнятим:

                                          (49)

Умова  не виконується. Задаємось другим  наближенням.

Втрати тепла променевим теплообміном згідно (38) рівні:

=

Втрати тепла конвективним теплообміном визначаємо за формулою (40):

Тоді:

.

       Визначаємо середню температуру ізоляції за формулою (44):

Для азбозуритної ізоляції коефіцієнт теплопровідності визначається за формулою :

                           (45)

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

26

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

Знаходимо термічний опір ізоляції за формулою (46):

Визначаємо критичне значення термічного опору ізоляції за формулою (47):

Перевіряємо правильність прийняття температури поверхні ізоляції за формулою (48):

Порівнюємо отримане значення з прийнятим:

                                          (49)

Умова виконується.

2.2.3. Втрати тепла з холодної гілки теплотраси

         Визначаємо втрати тепла з холодної гілки теплотраси за формулою:

 ,                                                 (58)

де L – довжина теплотраси, м.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

28

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

2.2.4. Критичний діаметр ізоляції.

Критичний діаметр ізоляції холодної гілки теплотраси визначаємо по (51):

.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

29

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

3. Розрахунок котла

Умовно приймаємо котел прямокутної форми зі стороною котла а, висота котла 2·а. Втратами тепла зверху та знизу котла нехтуємо, а тому площі верхньої та нижньої стінок котла при розрахункуплощі котла враховувати не будемо.

Рис. 3.1 Схема розрахунку котла.

Приймаємо: сторона котла а=5 м, висотам. Тоді площа поверхні котла та його об’єм будуть рівні:

,                                                      (59)

                                                      (60)

Середньоарифметична температура стінки котла:

                                                  (61)

де   - температура гарячого теплоносія на вході та виході з теплообмінного апарату.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

30

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

3.1. Розрахувати сумарні втрати тепла з поверхні котла.

Сумарні втрати тепла з поверхні котла складаються з втрат променевим та конвекційним теплообміном:

                                         (62)

де ,  - втрати тепла променевим та конвекційним теплообміном, .

Втрати тепла променевим теплообміном рівні:

                             (63)

де - степіньчорнотистінки котла (=0,8);

- коефіцієнтвипромінювання абсолютного чорноготіла (=5,67 );

    - абсолютна температура зовнішньоїповерхні котла,;

- абсолютна температура повітря в котельні, .

Втрата тепла конвективнимтеплообміномбудутьрівні:

                                      (64)

де – коефіцієнттепловіддачі котла до повітря, ,

                                               (65)

де - критерійНусельта;

   - коефіцієнт теплопровідності повітря при температури в котельні, ,2, табл.9, ст.263;

   - висота котла, м.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

31

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

Для знаходження критерію Нусельта використовуємо рівняння теплопровідності при природній конвекції біля горизонтальних, плоских поверхонь розміром Якщо 

Визначаємо число Грасгофа:

                                                      (66)

де - прискорення вільного падіння (9,81 );

  - температурний напір між стінкою котла та повітрям, ;

 - коефіцієнт температурного розширення, ;

 - коефіцієнт кінематичної в’язкості повітря при температурі в котельні, ,2, табл.9, ст.263;

                                                                                              (67)

                                                                                                     (68)

Визначаємо число Прандля при температурі повітря в котельні:

GrРг, то число Нусельта визначається за формулою:

                                          (69)  

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

32

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

3.2. Визначення товщини ізоляції котла

                                                                 (70)

де - коефіцієнт теплопровідності поверхні ізоляції, ;

    - товщинаізоляції, м.

Для поверхні ізоляції (азбослюда) коефіцієнт теплопровідності визначається за формулою:

                                    (71)

де - середньоарифметична температура поверхні ізоляції котла, °С.                                    

                                                       (72)

Із (70) товщина ізоляції рівна:

                                                (73)

3.3. Внутрішній баланс котла

Внутрішній баланс котла рівний:

                                            (74)

де - тепло, що утворилося при згорянні палива, МВт;

- тепло, що втрачається за рахунок конвективного теплообміну,

- тепло, що втрачається за рахунок променевого теплообміну, МВт.

3.3.1. Знаходження конвективної складової балансу

                                                             (75)

де - середньоінтегральне значення коефіцієнта тепловіддачі від димових газів до стінок котла,  ;

- температура факелу, °С.

Визначаємо фізичні властивості димових газів при температурі        , [2, табл. 16, ст. 270-271].

                                                  (76)

                                                  (77)

                                             (78)

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

33

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

де  ,  -  поправочні коефіцієнти, що враховують відхилення об’ємного складу продуктів згоряння від середнього, вибирається з графіків залежності від температури факелу та об’ємної долі водяної пари (), з [4].

;   .

   Визначаємо режим руху димових газів в середині котла.

Число Рейнольдсарівне:

,                                                     (79)

де w – швидкість руху димових газів, що омивають внутрішню поверхню котла.

Приймаємо = 20  .

Так як , то режим руху димових газів турбулентний.

Для турбулентного режиму руху критерій Нусельта визначається по формулі:

             (80)

де  число Прандля димових газів при температурі  tст=159,5, [2, табл. 16, ст. 270-271].

Коефіцієнт тепловіддачі визначаємо за формулою:

                                                            (81)

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

34

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

Середнє інтегральне значення коефіцієнта тепловіддачі рівне:

                                              (82)

3.3.2. Розрахунок степеня чорноти димових газів

Визначаємо ефективну довжину факелу всередині топки котла:

                                                       (83)

Розраховуємо парціальні тиски двоокисувуглецю і водяної пари:

                                               (84)

                                             (85)

де   -  тиск димових газів в котлі, МПа;

 -  відповідно об’ємна доля двоокису вуглецю та водяної пари в факелі.

Визначаємо добуток парціального тиску на ефективну довжину факелу відповідно для двоокисувуглецю та водяної пари:

Визначаємо ступінь чорноти двоокису вуглецю та водяної пари при заданій температурі факелу tф=1180, [3, ст. 388-389]:

Знаходимо граничне значення степенів чорноти двоокису вуглецю та водяної пари  при температурі факелу tф=1180, [3, ст. 390]:

Визначаємо ступінь чорноти газу:

                                     (86)

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

35

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

Гранична степінь чорноти газу рівна:

                                    (87)

Визначаємо приведену степінь чорноти газу:

                                            (88)

де   -  степінь чорноти внутрішньої поверхні стінки котла. Приймаємо

3.3.3 Розрахунок променевої складової балансу.

Кількість теплоти, втрачена за рахунок випромінювання:

,                              (89)

- відповідно абсолютні температури факелу та стінки котла.

3.4 Розрахунок фактичних розмірів котла

Необхідна потужність факелу:

,                                       (90)

де  - загальна потужність системи, МВт;

     - втрати тепла з гарячої гілки теплотраси, МВт;

     - втрати тепла з холодної гілки теплотраси, МВт;

     - втрати тепла з поверхніізоляції котла, МВт.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

36

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

Фактична площа котла рівна:

,                                                         (91)

Фактична довжина котла:

,                                                           (92)

Порівнюємо отриману довжину котла з прийнятою. Повинна виконуватись умова:

Умова не виконується, тому необхідно зробити друге наближення.

3.5. Розрахунок котла (друге наближення)

Приймаємо: сторона котла , висота, . Тоді по формулам (59) та (60) площа поверхні котла та його об’єм відповідно будуть рівні:

3.5.1.Розрахунок втрат тепла з поверхні котла

Втрати тепла променевим теплообміном визначаємо за формулою (63):

Визначаємо число Грасгофа за формулою (66):

Число Нусельтавизначається за формулою (69):

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

37

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

Коефіцієнт тепловіддачі котла до повітря визначаємо за формулою (65):

Втрата тепла конвективним теплообміном визначаємо за формулою (64):

Сумарні втрати тепла з поверхні котла визначаємо за формулою (62):

Товщину ізоляції визначаємо за формулою (73):

3.5.2. Внутрішній баланс котла

  Число Рейнольдса визначаємо за формулою (79):

Так як , то режим руху димових газів турбулентний.

Для турбулентного режиму руху критерій Нусельта визначається по формулі:

                                                            (93)

Коефіцієнт тепловіддачі визначаємо за формулою (81):

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

38

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

  Середньоінтегральне значення коефіцієнта тепловіддачі визначаємо за формулою (82):

Тепло, що втрачається за рахунок конвективного теплообміну визначаємо за формулою (75):

Визначаємо ефективну довжину факелу всередині топки котла за формулою (83):

Визначаємо добуток парціального тиску на ефективну довжину факелу

відповідно для двоокисувуглецю та водяної пари:

  Визначаємо ступінь чорноти двоокисувуглецю та водяної пари при заданій температурі факелу tф=1180, [3, ст. 388-389]:

  Визначаємо ступінь чорноти газу за формулою (86):

  Визначаємо приведену степінь чорноти газу за формулою (88):

Приймаємо

  Кількість теплоти, втрачена за рахунок випромінювання визначаємо за формулою (89):

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

39

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

Тепло, що утворилося при згорянні палива визначаємо за формулою (74):

3.5.3. Розрахунок фактичних розмірів котла

Необхідну потужність факелу визначаємо за формулою (90):

Фактичну площу котла визначаємо за формулою (91):

Фактичну довжину котла визначаємо за формулою (92):

Порівнюємо отриману довжину котла з прийнятою :

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

40

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ

Умова виконується.

Література

  1.  Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник (под общ.Ред.В.А.Григорьева, В.М .Зорина). – М.:Энергоатомиздат, 1983. – 552с., ил.
  2.  Краснощоков Е. А., Сукомел А. С. Задачник по теплопередаче. Изд. 2 –е перераб. и доп. – М.: «Энергия», 1969. – 264с.
  3.  Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А. С. Теплопередача. Изд. 2 – е М., «Энергия», 1969. – 440с. с илл.
  4.  Сборник задач по технической термодинамике и теплопередаче ( Под общ. Ред. Б.Н.Юдаева, 2 – е изд. перераб. и доп.) – М.: Высшая школа, 1968. – 373с.
  5.  Анурьев В. И. Справочник конструктора – машиностроителя. В 3 – х т., т. 3 – 5 –е изд. перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1979. – 557 с.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

41

ГЕ 31 23 00 18 ПЗ


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

42209. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ НУЛЕЙ И ПОЛЮСОВ ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ НА ДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 1.64 MB
  Изучить связь характера переходной характеристики динамических свойств системы с размещением на комплексной плоскости нулей и полюсов. Корни характеристического полинома системы полюса системы 6.2 где комплексная переменная определяют характер переходной функции системы с установившимся значением а следовательно и такие динамические показатели как время переходного процесса и перерегулирование . Полиномы Баттерворта для различного порядка системы n полином Баттерворта 1 2 3 4 5 6 6.
42210. АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ 334.3 KB
  Теоретические сведения. Точность работы любой системы управления наиболее полно характеризуется мгновенным значением ошибки слежения, равной разности между требуемым и действительным значениями регулируемой переменной Однако в большинстве задач управления реальными объектами задающие и возмущающие воздействия заранее точно неизвестны и, следовательно, определить заранее величину для всех моментов времени не представляется возможным.
42211. ПРИМЕНЕНИЕ СИМПЛЕКС-МЕТОДА ДЛЯ СОСТАВЛЕНИЯ ПЛАНА ПРОИЗВОДСТВА (НА ПРИМЕРЕ НЭРЗ) 349 KB
  Всякая модель реального процесса предполагает идеализацию и абстракцию, но они не должны уходить слишком далеко от содержания задачи, чтобы построенная модель не утратила существенных черт моделируемого объекта, т. е. была ему адекватна.
42212. Система математических расчётов Mathcad 508 KB
  Методические указания предназначены для самостоятельного освоения работы с современным математическим пакетом Mathcad, входящим в программу курса. Предлагаемое пособие позволит не только освоить основные операции пакета Mathcad, но и познакомит с основными методами математического анализа.
42213. Облік кредитних операцій 124.5 KB
  Чинним банківським законодавством України кредит (кредитні операції) визначаються як вид активних операцій, пов’язаних з наданням клієнтам коштів у тимчасове користування або прийняттям зобов’язань про надання коштів у тимчасове користування за певних умов
42214. ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА 1.9 MB
  Целью работы является изучение математических моделей и исследование характеристик исполнительного устройства построенного на основе пьезоэлектрического двигателя микроперемещений. Исполнительные устройства на основе пьезоэлектрических двигателей ПД позволяют получить субмикронную 107108м точность позиционирования в диапазоне перемещения до 103м и при этом обеспечить полосу пропускания свыше 1кГц. На основании приведенных выше уравнений может быть составлена структурная схема пьезоэлектрического исполнительного устройства см.
42215. ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ УГОЛЬНОГО МИКРОФОНА И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ТЕЛЕФОНА 106 KB
  Действие угольных микрофонов основано на изменении угольного порошка под влиянием звуковых колебаний воздействующих на мембрану микрофона. Устройство микрофона в упрощенном виде и способ его включения в электрическую цепь показаны на рис. Постоянная составляющая этого тока i0 является током питания микрофона; переменная составляющая – разговорным током i .
42216. Огляд систем керування базами даних (СКБД) 80 KB
  Завдання Відповідно до варіанту з таблиці 1 знайти в періодичній літературі та мережі Інтернет інформацію про СКБД. У додатках наводяться формули таблиці схеми якщо вони суттєво полегшують розуміння роботи. Якщо в роботі є рисунки і таблиці які розташовані на окремих аркушах їх слід включати до загальної нумерації. Таблиці Цифровий матеріал доцільно подавати у вигляді таблиць.
42217. Нейросетевое прогнозирование. Методические указания 204 KB
  В наиболее распространенном случае ИНС обучается прогнозу на 1 отсчет времени вперед используя предыдущих значений. Другими словами на вход ИНС предъявляется вектор и требуется чтобы на выходе ИНС появилось значение: . Обучение ИНС производится по известному временному ряду .