Конструкторский тепловой расчет кожухотрубного рекуперативного теплообменного аппарата

1 Конструкторский тепловой расчет кожухотрубного рекуперативного теплообменного аппарата

В противоточном кожухотрубном теплообменном аппарате (рис. 1), греющим теплоносителем служат дымовые газы с температурой на входе t  1 (  C) с температурой на выходе t  1 (  C). Нагреваемой средой является вода с расходом G (кг/с), которая, двигаясь внутри стальных трубок наружного диаметра dн = 29 мм с толщиной стенки  ст, нагревается от температуры t  2 (  C) до температуры t  2 (  C). При прохождении воды в трубках образуется слой накипи толщиной  нак и коэффициентом теплопроводности равным 1 Вт/(м  К). Коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке трубки  1. Определить число секций теплообменника, если диаметр корпуса секции аппарата D должен быть 0,5…0,6 м и длина его l не должна превышать 5 м. Трубки расположены в шахматном порядке (рис. 2), шаг размещения трубок S выбрать в пределах S = (1,3…1,5) dн. Зазор между корпусом секции и расположенными к нему трубками не должен быть менее 0,5S. Исходные данные к заданию приведены в табл. 1. Построить графики изменения температур теплоносителей.

Рис. 1. Принципиальная схема противоточного кожухотрубного теплообменного аппарата

4

Рис. 2. Схема размещения трубок в теплообменнике

Таблица 1

Исходные данные к заданию

Послед- няя цифра варианта

t  1,  C

t  1,  C

G, кг/с

 1 Вт/ (м2  К)

Предпоследняя цифра варианта

t  2,  C

t  2,  C

 ст, мм

 нак, мм

0 400 150 1,7 30 0 10 120 1,5 2 1 410 170 1,9 35 1 12 130 2 1,5 2 420 180 2,1 40 2 14 140 1,5 2 3 430 190 2,3 42 3 16 150 2 1,5 4 440 180 2,5 38 4 18 160 1,5 2 5 450 190 2,7 25 5 20 180 2 1,5 6 460 200 2,9 28 6 22 200 1,5 2 7 470 210 3,1 37 7 24 210 2 1,5 8 480 220 3,3 45 8 26 220 1,5 2 9 490 240 3,5 50 9 28 230 2 1,5

5

2 Порядок расчета конструкторского теплового расчета кожутрубного теплообменного аппарата

2.1 Определение количества тепла (мощности), передающейся через рабочую поверхность теплообменника от греющей среды к нагреваемой по уравнению теплового баланса )()( 22221111 ttcGttcGQ PP    , где Q – тепловой поток, кВт; G1, G2 – массовые расходы греющего и нагреваемого теплоносителей, кг/с; сР1, сР2 – удельные средние массовые изобарные теплоемкости греющего и нагреваемого теплоносителей, кДж/(кг·К) (см. табл. А.1-2, приложение А);

11 ,tt   – температура греющего теплоносителя на входе и выходе из аппарата, °С;

22 ,tt   – температура нагреваемого теплоносителя на входе и выходе из аппарата, °С.

2.2 Нахождение среднего арифметического значения температуры