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

21367. Аппаратура передающего тракта : возбудитель «ЛАЗУРЬ 50.33 KB
  Время настройки по коду частоты не более 03 сек. Устройство и принцип работы Возбудитель построен по принципу супергетеродина с автоматической настройкой по коду частоты с тройным в КВ диапазоне и двойным в УКВ диапазоне преобразованием частоты с использованием в качестве гетеродинов синтезаторов частот. Для переноса сигнала помехи с поднесущей частоты 128 кГц поступающей с УМС в диапазон рабочих частот 15 30 МГц используются три преобразования поднесущей частоты с помощью эталонных колебаний трёх гетеродинов формируемых в...
21368. Аппаратура передающего тракта : усилитель мощности АСП Р378А,Б 52.83 KB
  УРУ построен по двухтактной схеме на 12 лампах ГУ74Б. Один низковольтный: питает предварительный усилитель накалы ламп цепи смещения управления сигнализации и защиты. Два высоковольтных питают анодные и экранные цепи ламп УРУ. Выполнен по двухтактной схеме на 12ти лампах ГУ74Б по схеме усилителя бегущей волны для чего в цепи управляющих сеток ламп включены сеточные линии индуктивности и ёмкости с волновым сопротивлением 100 Ом.
21369. Аппаратура передающего тракта : усилитель мощности АСП Р325У 121.71 KB
  Устройство и принцип работы АСП Р 325У и Р378АБ Занятие №11Аппаратура передающего тракта : усилитель мощности АСП Р325У ВНИМАНИЕ: В зависимости от времени изготовления изделия названия блоков и некоторые обозначения в функциопальных и принципиальных схемах технической документации могут отличаться от приведённых в пособии; имеют место некоторые разночтения в эксплуатационной документации по причине недостаточно тщательной её проработки изготовителем Пользуйтесь конкретной...
21370. Антенно- фидерные системы АСП Р325У и Р378А,Б 736.89 KB
  ПЕРЕДАЮЩАЯ АФС СТАНЦИИ Р325У Передающая АФС состоит из одной широкодиапазонной антенны ГУ107 которая обеспечивает секторное излучение земных волн во всём диапазоне частот. У опорных стоек и у основания мачты к проводам антенны подключаются нагрузочные сопротивления кабельного типа длиной по 100м. Для согласования двухпроводного фидера антенны с несимметричным выходом передатчика служит согласующесимметрирующий трансформатор блок ГУ462. У опорных стоек и у основания мачты к проводам антенны...
21371. Устройство управления станцией Р325У и Р378А,Б 44.95 KB
  Назначение ТД состав УУС. УУС предназначено для автоматизированного управления приёмоанализирующей и передающей аппаратурой в соответствии с выбранным способом управления и режимом работы станции. УУС формирует команды с помощью которых устройства входящие в состав станции обмениваются информацией по заданному алгоритму. УУС выполняет следующие основные операции: формирование команд ПУСК панорамного обнаружителя; приём команд снятия пеленга и точной настройки; считывание информации с панорамного...
21372. Аппаратура передачи данных и связи 103.36 KB
  Устройство и принцип работы АСП Р 325У и Р378АБ Занятие №14Аппаратура передачи данных и связи Состав и назначение РРС Р 415В предназначена для обмена телекодовой информацией с АПУ Р330К и организации служебной связи при централизованном режиме управления. В режиме КОНТРОЛЬ предусмотрена возможность ручного контроля узлов. В режиме РАБОТА обеспечивается индикация уровня входных сигналов ПРМ по прибору БКУ которая осуществляется схемой формирования уровней...
21373. Система электропитания станций. Дополнительное оборудование 191.77 KB
  НАЗНАЧЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ И СОСТАВ системы электропитания станций Р378А Система электропитания предназначена для питания аппаратуры станции от первичных источников переменного тока напряжением 380 В От промышленной сети переменного трёхфазного тока 380В аппаратура питается через стабилизатор напряжения. При напряжении сети равном 380 19 В предусматривается электропитание непосредственно от сети минуя стабилизатор. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ Напряжение на ввод силовой поступает от промышленной сети через щит...
21374. Назначение, технические характеристики, состав АСП Р330Б 24.08 KB
  АСП Р330Б предназначена для обнаружения пеленгования технического анализа радиоизлучений и радиоподавления прицельными помехами линий радиосвязи в тактическом звене управления противника в диапазоне частот 30100 МГц. АСП обеспечивает: автоматический поиск и обнаружение источников радиоизлучений ИРИ в пределах частотного диапазона или в заданном участке диапазона; автоматическое пеленгование обнаруженных ИРИ; отображение значений частоты и пеленга обнаруженных ИРИ на табло УУС устройство управления станцией; определение...
21375. Общее устройство и принцип работы станции Р330Б 234.16 KB
  При необходимости если есть исходные данные разведки в соответствующие ЗУ заносятся запрещённые для подавления частоты и частоты подлежащие подавлению с параметрами помехи. В УУС производится сравнение значения частоты обнаруженного ИРИ со значениями ранее записанными в ДЗУ ОЗУ и если они совпадают то РПУ продолжает перестройку. Если обнаруженный ИРИ не является объектом РЭП то значение частоты целесообразно записать в ОЗУ чтобы исключить его из анализа при повторном обнаружении. Если на частоте ИРИ планируется создание помех то...