Конструкторский тепловой расчет кожухотрубного рекуперативного теплообменного аппарата

Задание 3 Конструкторский тепловой расчет кожухотрубного рекуперативного теплообменного аппарата

В противоточном кожухотрубном теплообменном аппарате, греющим теплоносителем служат дымовые газы с температурой на входе t′1  (°C) с температурой на выходеt′′1(°C). Нагреваемой средой является вода с расходом G  (кг/с), которая, двигаясь внутри стальных трубок наружного диаметра dнар = 29 мм с толщиной стенки δст, нагревается от температуры t′2(°C) до температуры t′′2(°C). При прохождении воды в трубках образуется слой накипи толщиной δнаки коэффициентом теплопроводности равным 1 Вт/(м⋅К). Коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке трубки α1.

Определить число секций теплообменника, если диаметр корпуса секции аппаратаD должен быть 0,5…0,6 м и длина его lне 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.

Построить графики изменения температур теплоносителей.

Исходные данные представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Исходные данные к заданию

Дано:

1. диаметр наружных стальных трубок, dнар=0,029 м;
2. коэффициент теплопроводности, λ=1 Вт/(м·К);
3. диаметр корпуса аппарата, D=0,4 м;
4. длина корпуса аппарата, l=5 м;
5. дымовые газы с температурой на входе, =500 °C;[pic 8]
6. дымовые газы с температурой на выходе, =200 °C;[pic 9]
7. расход воды, G=2,9 кг/с;
8. коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке трубки,

=28 Вт/(м2·К);[pic 10]

1. нагрев воды от температуры =14 °C до температуры =140 °C;[pic 11][pic 12]
2. толщина стенки стальных трубок, =0,0015 м;[pic 13]
3. толщина слоя накипи в стальных трубках, =0,002 м.[pic 14]

Решение задания

1. Определим количество тепла (мощности), передающееся через рабочую поверхность теплообменника от греющей среды к нагреваемой по уравнению теплового баланса

, =63°C,[pic 15][pic 16]

где   tср – температура, °C;

Ср – теплоемкость воды, Ср=4,185 кДж/(кг·К) при tср=63°C;

Q=2,9·4,185·(140-14)=1529,199 кВт.

1. Определим максимальное число параллельных включенных трубок n в одной секции

,[pic 17]

где m – число вписанных шестиугольников в диаметр секции, шт.;

,[pic 18]

где e – число трубок, размещенных по диагонали наибольшегошестиуголь-ника, шт.;

.[pic 19]

Шаг размещения трубок S возьмем равным 1,4·0,029=0,0406. Тогда