Тепловой и конструктивный расчет водонагревателя-аккумулятора с паровым обогревом для нагрева воды

Содержание

Введение        3

1 Определение удельной теплопроизводительности аппарата        5

2 Определение коэффициентов теплоотдачи и коэффициента                    теплопередачи аппарата        5

3 Расход пара в момент пуска        6

4 Определение площади поверхности нагрева аппарата,                                 конструктивных размеров        6

Заключение        8

Список использованных источников        9

Введение

Водонагреватели-аккумуляторы представляют собой сосуды большой емкости с паровым или водяным обогревом и применяются в системах горячего водоснабжения с периодическим расходом больших количеств воды. Вода в подогревателях нагревается за 4-5 ч и расходуется в течение 20-30 мин. [1].

При обогреве «глухим» паром теплообмен происходит только за счет естественной конвенции жидкости; при этом коэффициент теплопередачи мал и, следовательно, такой процесс обогрева малоэффективен. При обогреве «острым» паром теплообменные процессы происходят более интенсивно, но источник питания агрегата паром (ТЭЦ или котельная) расходует много дорогостоящего конденсата.

Цель – произвести тепловой и конструктивный расчет водонагревателя-аккумулятора с паровым обогревом для нагрева воды.

Расчет теплообменного аппарата включает определение необходимой поверхности теплопередачи и определение конструктивных параметров аппарата.

Задание

Выполнить тепловой расчет и определить конструктивные размеры водонагревателя-аккумулятора, определив площадь поверхности нагрева.

Исходные данные

Греющий теплоноситель – сухой насыщенный пар.

Давление пара Р1 = 1,3 МПа.

Нагреваемый теплоноситель – вода.

Температура нагреваемого теплоносителя:

         начальная t2н  = 20 °С;

         конечная t2к = 170 °С.

Расход нагреваемого теплоносителя G2 = 252000 кг.

Время нагрева τ = 5 ч.

Расположение труб – горизонтальное.

На рисунке 1 изображена схема водонагревателя-аккумулятора с паровым обогревом.

[pic 1]

Рисунок 1 – Схема водонагревателя-аккумулятора с паровым обогревом

1 Удельная теплопроизводительность аппарата

Средняя температура нагреваемой воды [1]

[pic 2]°С,

где tн = 192 °С – температура насыщения сухого насыщенного пара при                          Р1 = 1,3 МПа [2].

Удельная теплопроизводительность аппарата [1]

[pic 3]

где с2 = 4,25 кДж/(кг·К) – теплоемкость нагреваемой воды при средней температуре tср2 = 119 °С [2].

2 Определение коэффициентов теплоотдачи и коэффициента                    теплопередачи аппарата

Коэффициент теплоотдачи со стороны пара [1, 3]

[pic 4]где С = 1,26 для стальных труб; А = 4,65, таблица 1-6 [3]; L = 45 м – принятая длина трубы; dн = 0,3 м – принятый наружный диаметр трубы.

Температура стенки

[pic 5]°С.

Температура пограничного слоя

tпс = (tст + tср2)/2 = (155,5 + 119)/2 = 137,25 °С.

Температурный напор

Δt = tст – tпс =  155,5 – 137,25 = 18,25 °С.

Определяем произведение GrPr:

[pic 6]

где β2 = 8,64 ·10-4 К-1 – коэффициент объемного расширения; ν2 = 1,19 ·10-5 м2/с – коэффициент кинематической вязкости; а2 = 10,5·10-8 м2/с – коэффициент температуропроводности при tср2 = 119 °С [4]; q = 9,8 м/с2 – ускорение свободного падения.

Так как произведение GrPr >2·107 , то критерий Нуссельта [3]