Меню

Расчет поверхности нагрева трубы



Расчет площади теплообменника

Главное условие стабильной, эффективной работы системы теплообмена — это подбор теплообменных агрегатов с учетом точного соответствия конкретным эксплуатационным и техническим требованиям. Ключевым фактором для такого подбора является расчет площади теплообменника.

Конечно, существуют определенные стандарты, с универсальными параметрами, по которым можно подобрать оборудование для своего объекта. Тем не менее, часто в этой сфере индивидуальный подход более чем оправдывает себя. Проведение измерений и расчетов по конкретным данным позволяет получить максимальную отдачу от системы теплообмена. Кроме того, подобные вычисления попросту необходимы, если речь идет о работе по техническому заданию со строго обозначенными параметрами.

Методика расчета теплообменника предполагает несколько этапов.

Определение количества теплоты

Уравнение передачи тепла, используемое для установившихся единиц времени и процессов выглядит следующим образом:

В данном уравнении:

  • К — значение коэффициента теплопередачи (выражается в Вт/(м2/К));
  • tср — средняя разность температурных показателей между разными теплоносителями (величина может даваться как в градусах по Цельсию (0С), так и в кельвинах (К));
  • F — значение площади поверхности, для которой происходит теплообмен (значение дается в м2).

Уравнение позволяет описать процесс, в ходе которого происходит передача теплоты между теплоносителями (от горячего — к холодному). Уравнение учитывает:

  • отдачу тепла от теплоносителя (горячего) к стенке;
  • параметры теплопроводности стенки;
  • отдачу тепла от стенки к теплоносителю (холодному).

Определение коэффициента теплопередачи

Для предварительных расчетов теплообменного оборудования и разного рода проверок применяют ориентировочные значения коэффициентов, стандартизированные для определенных категорий:

  • коэффициенты теплопередачи для процесса конденсации паров воды — от 4000 до 15000 Вт/(м2К);
  • коэффициенты теплопередачи для воды, движущейся по трубам — от 1200 до 5800 Вт/(м2К);
  • коэффициенты теплопередачи от парообразного конденсата к воде — от 800 до 3500 Вт/(м2К).

Точный расчет коэффициента теплопередачи (К) производится по следующей формуле:

В данной формуле:

  • α1 — коэффициент теплоотдачи для греющего теплоносителя (выражается в Вт/(м2К));
  • α2 — коэффициент теплоотдачи для нагреваемого теплоносителя (выражается в Вт/(м2К));
  • δст — параметр толщины стенок трубы (выражается в метрах);
  • λст — коэффициент теплопроводности материала, использованного для трубы (выражается в Вт/(м*К)).

Такая формула дает «идеальный» результат, обычно несоответствующий на 100% реальному положению дел. Поэтому в формулу добавляется еще один параметр — Rзаг.

Это показатель термического сопротивления различных загрязнений, формирующихся на нагревающихся поверхностях трубы (т.е. обычной накипи и др.)

Формула для показателя загрязнения выглядит так:

В данной формуле:

  • δ1 — толщина слоя отложений на внутренней стороне трубы (в метрах);
  • δ2 — толщина слоя отложений на внешней стороне трубы (в метрах);
  • λ1 и λ2 — значения коэффициентов теплопроводности для соответствующих слоев загрязнений (выражаются в Вт/(м*К)).

Методика расчета теплообменника (площади поверхности)

Итак, мы рассчитали такие параметры, как количество теплоты (Q) и коэффициент теплопередачи (K). Для окончательного вычисления дополнительно потребуется разность температур (tср) и коэффициент теплоотдачи.

Итоговая формула расчета теплообменника пластинчатого (площади теплопередающей поверхности) выглядит так:

В данной формуле:

  • значения Q и K описаны выше;
  • значение tср (средняя разность температур) получают по формуле (среднеарифметической либо среднелогарифмической);
  • коэффициенты теплоотдачи получают двумя способами: либо с помощью эмпирических формул, либо через число Нуссельта (Nu) с использованием уравнений подобия.

Источник

Расчет поверхности нагрева и подбор нагревательных приборов

Классификация нагревательных приборов.

1) Радиатор – это конвективно-радиационный прибор, гладкий или состоящий из секций, секции изготавливаются из серого чугуна, стали или алюминия , с толщиной стенок от 2 до 4мм. Соединяются секции между собой на резьбовых ниппелях (небольшой участок трубы с нанесенными на обоих концах правой и левой резьбами). При соединении на ниппелях используется уплотнительный материал. Секции радиаторов могут быть различной строительной глубины и высоты. Средняя монтажная высота — 500мм, глубина радиатора, для чугунных, в России, принята марка М-90, М-140. Плоские стальные радиаторы свариваются из стальных листов до 1,5мм, при этом образуется малая глубина в профилях стального радиатора, что является причиной более низкой теплоотдачи, чем у чугунных радиаторов. Расположение каналов и вертикальное и горизонтальное.

Читайте также:  Комплект греющего кабеля для водопровода снаружи трубы

2) Конвекторы – выполняются с кожухом и без кожуха. С кожухом передают в помещение, путем конвекции, до 90 % общего теплового потока. Без кожуха теплоотдача уменьшается. Конвекторы преимущественно используются в двух трубной системе отопления.

3) Ребристая труба— это конвективный прибор представляющий собой фланцевую чугунную трубу с расположенными на ней ребрами. За счет поверхности ребер увеличивается общая теплоотдача трубы. В связи с не эстетичным видом, в жилых помещениях они не используются, теплоносителем может быть как высокотемпературная вода, так и пар. Оребрение в трубах может выполняться из стали, алюминия, такие трубы называются биметаллические. толщина стенок от 0,5 до 2мм.

4) Калорифер – это прибор с площадью нагрева от 10 до 140м 2 . Обогрев происходит несколькими рядами оребренных труб. Чаще всего используется в системе искусственной вентиляции.

В данном проекте применяем чугунные секционные радиаторы отечественного производства МС-140 с установкой без ниш; паспортная поверхность нагрева одной секции радиатора f=0,0254м 2 .

Определение нагревательной поверхности приборов.

После выбора типа нагревательного прибора следует определить для каждого помещения здания площадь поверхности нагрева прибора по формуле:

Fp = (Qnp /qпр) •.β1 • β2, м²

Fp- расчетная площадь отопительного прибора, м2

Qnp — теплоотдача отопительного прибора в отапливаемого. помещение, Вт

qпр — расчетная плотность теплового потока отопит, прибора, Вт/м2

β1 — коэффициент учета дополнительного теплового потока устанавливаемых отопительных приборов за счет округления сверхрасчетной величины ( принимается по табл.

β2 — коэффициент учета дополнительных потерь теплоты отопительными приборами у наружных ограждений (принимается по??)

Теплоотдача отопительного прибора определяется по формуле

Qnp =Qо — (0,9 • Qтр), Вт

Где Qо — теплопотребность помещения, Вт ( принимается по табл.2 для рассчитываемого помещения)

Qтр — суммарная теплоотдача открыто проложенных в пределах помещения стояков, подводок, к которым непосредственно присоединен прибор

Qтp =qв • lв + qг • lг , Вт

где qв, qг — теплоотдача одного погонного метра вертикально и горизонтально проложенных труб, Вт / м

lв, lг — длины вертикальных и горизонтальных трубопроводов в пределах помещения, м

При выполнении курсовой работы qв =75 Вт/м, qг =95 Вт/м, длины труб определяются по чертежу после расстановки приборов.

Расчетная плотность теплового потока отопительного прибора определяется по формуле:

qтp =qном •(Δtср/70) • (Gпр/0,1) • Gпр, Вт/м²

где qном — номинальная плотность теплового потока отопительного прибора при стандартных условиях работы, Вт / м2

Δtср = 0,5• (tг + tо) – tв,ºС

температурный напор, равный разности полусуммы темпера тур теплоносителя на входе и выходе отопительного прибора и температура воздуха в помещении.

n, р — экспериментальные значения показателей степени

Спр — коэффициент, учитывающий схему присоединения отопительного прибора и изменения показателя степени р в различных диапазонах расхода теплоносителя (принимаются по табл. 8.1 / 5/)

Gпp — действительный расход воды в отопительном приборе, кг / с

Qnp =Qо/(с • (tг – tо)), кг/с

где с=4,190 КДж/ кг ºС — теплоемкость воды

tг, tо — температура воды на входе и выходе отопительного прибора

Расчетное число секций чугунных радиаторов определяется по формуле

Np =(Fр • β4)/( F1 • β3), шт

где F1 — площадь поверхности одной секции, м² (принимается в зависимости от типа радиатора по табл. 8.1 /5/)

Читайте также:  Трубчатое сверло для керамики зубр

β3 — коэффициент, учитывающий число секций в одном радиаторе и

принимаемый для радиаторов типа МС — 140 равным: при числе секций

от З до 15 — I, от 16до 20 — 0,98

от 21 до 25 — 0,96 , а для остальных чугунных радиаторов вычисляется по формуле: β3=0,92 + 0,16/Fр

β3 — коэффициент, учитывающий способ установки радиатора в помещении определяется по рис. 8.13 / 5 /). При открытой установке β4=1.

Поскольку расчетное число секций Np редко получается целым, то к установке принимают ближайшее большее число секций радиатора.

Необходимая площадь поверхности отопительных приборов помещений зданий заносятся в таблицу 3.

Источник

Расчет труб поверхности нагрева

Материал — сталь Х18Н10Т.

Номинальное допускаемое напряжение для этой стали при t1‘ = 320 °C: [σн] = 11,72 кгс/мм 2 .

Рисунок 3.6 — Труба поверхности нагрева

Толщина стенки трубы:

прибавка к толщине стенки на минусовый допуск:

прибавка на уплотнение за счет коррозии;

прибавка по технологическим соображениям;

прибавка на утонение стенки изогнутой части трубы ( для расчета предварительно задаём δ = 1,6 мм, овальность принимаем а = 12%);

мм

Допустимое dтр = 1,492 мм , а ранее мы выбрали dтр =1,6 мм.

То есть, оставляем толщину трубки коллектора 1,6 мм.

Расчет толщины обечайки корпуса

Корпус ПГ состоит из цилиндрической части и двух эллиптических днищ: нижнего и верхнего. Материал корпуса из стали 22К. Внутренний диаметр корпуса зависит от диаметра последнего слоя навивки пучка труб и ширины кольцевого канала между обечайкой трубного пучка и корпусом. Кольцевой канал является опускным участком контура естественной циркуляции рабочего тела. От площади проходного сечения канала зависит скорость воды в опускном участке, которая не должна превышать значение wоп = 2 м/с.

Площадь опускного участка кольцевого канала:

fОП= м 2

Внутренний диаметр обечайки корпуса:

м

В верхней обечайке корпуса имеется два ослабляющих отверстия (Рис 3.7)

Рисунок 3.7 — Верхняя обечайка корпуса

Выберем наибольший диаметр и уточним для него толщину стенки:

А=

При 0.2 н = dв.кор+2 . dкор=3,83+2 . 0,109=4,048 м

Толщина нижнего укрепленного эллиптического днища (Рис. 3.8):

Рисунок 3.8 — Нижнее укрепленное эллиптическое днище

.

Принимаем δдн = 0,132 м.

Толщина верхнего укрепленного эллиптического днища (Рис. 3.9):

Рисунок 3.9 — Верхнее укрепленное эллиптическое днище

.

Принимаем δдн = 0,102 м.

Толщина стенки конического переходного участка (Рис. 3.10)

Рисунок 3.10 — Коническая обечайка

Примем высоту конической обечайки Hкон.обеч.=0,350 м, тогда:

р = 0,9·1,25·0,102·P2 = 0,9·1,25·6,2·0,102 = 0,711кгс/мм 2 ;

м

Результаты прочностного расчета приведены в таблице 3.2

Таблица 3.2 — Результаты прочностного расчета

Наименование детали Pp, МПа tр, 0 С Материал d, мм
Перфорированная часть коллектора 17 320 10ГН2МФА 182
Соединительная обечайка 17 320 10ГН2МФА 40.1
Наружная обечайка коллектора 17 320 10ГН2МФА 200
Днища коллектора 17 320 10ГН2МФА 52
Трубка поверхности нагрева 17 320 Х18Н10Т 1,6
Нижняя обечайка корпуса 6,5 279.53 22К 109
Верхняя обечайка корпуса 6,5 279.53 22К 137
Нижнее днище 6,5 265,87 22К 132
Верхнее днище 6,5 279.53 22К 102
Коническая соединительная обечайка 6,5 279.53 22К 89

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Основной задачей гидравлического расчета является определение потерь давления в каналах и затрат на прокачку теплоносителя.

Расчет начинается с определения необходимых геометрических характеристик четырех участков тракта теплоносителя (рис. 4.1):

.Соединительная обечайка с раздающей камерой

.Трубы теплообменного пучка

.Собирающая камера с кольцевым каналом

— направление движения теплоносителя

Рисунок 4.1 — Участки тракта теплоносителя гидравлического расчета

Определим длину камеры теплоносителя

Длина камеры теплоносителя ,не занятой полем отверстий 0.7 м

Читайте также:  Расчет рыбки для труб

Длина первого участка:

Длину кольцевого канала примем 3 м

Длина второго участка

Длину соединительной обечайки с раздающей и собирающей камерами теплоносителя примем 10 м

Длина третьего участка

Длина четвертого участка

В качестве гидравлического диаметра на всех расчетных участках ,за исключением четвертого,принимаютя внутренние диаметры соответственно разделительной обечайки,соединительной обечайки с камерой теплоносителя и теплообменных труб [2]:

Исходя из заданного соотношения площадей проходного сечения кольцевого канала и разделительной обечайки

Тогда гидравлический диаметр четвертого расчетного участка

Коэффициенты трения на расчетных участках:

Шероховатость на всех учатсках , кроме третьего(

Местные сопротивления на первом участке представланы резким поворотом потока на 90 0 и внезапным расширением проходного сечения при потока из разделительной обечайки в соединительную

На втором участке местные сопротивления отсутствуют

На третьем участке местные сопротивления представлены входом в трубу, выходом из нее в камеру и плавными поворотами

Местные сопротивления четвертого участка включают в себя только резкий потока теплоносителя при ві ходе из ПГ

Массовые скорости теплоносителя на участках

Гидравлические сопротивления расчетных участков

Гидравлическое сопротивление ПГ по тракту теплоносителя

Мощность ГЦН ,затрачиваемая на прокачку теплоносителя через ПГ

Таблица результатов

Вход теплоносителя в испарительный участок

Выход теплоносителя из испарительного участка

Вход теплоносителя в экономайзерный участок

Выход теплоносителя из экономайзерного участка

Обозначение Размерность
Тепловая мощность Qэк кВт
Расход теплоносителя Gтн кг/с
Энтал. на выходе из испарительного участка i’’1u кПа
4111 кВт

ВЫВОДЫ

Целью курсового проекта являлся расчет вертикального парогенератора с витой поверхностью нагрева и естестрвенной циркуляцией рабочего тела.

. При тепловом расчете площади теплопередающей поверхности вертикального парогенератора были определены коефициенты теплоотдачи от теплоносителя к стенке трубы, а также от стенки трубы к рабочему телу на испарительном и экономайзерном участке, которые соответственно равны:

Вход теплоносителя в испарительный участок a1 = 26.87 кВт/(м 2. К)

Вход теплоносителя в экономайзерный участок a1 = 12.34кВт/(м 2. К)

Выход теплоносителя из экономайзерного участока a1 = 4.68 кВт/(м 2. К)

. Основной целью конструкционного расчета парогенератора было определение среднего угла навивки труб поверхности нагрева, который составил b = 24.31 о

Также были определены основные кострукционные характеристики пучка теплообменных труб:

Число труб поверхности нагрева n = 10562

Число слоёв навивки трубного пучка Nсл = 45

Диаметр 1-го слоя d1сл = 1.488 м

Диаметр последнего слоя dmсл = 3.6 м

Массовая скорость рабочего тела в межтрубном пространстве Wr =652 кг/(м 2. с)

. Был прочностной расчет элементов парагенератора, в котором определили толщины камер подвода теплоносителя к трубам поверхности нагрева, а также расчет коллектора, толщин обичаек корпуса.

Результаты вышеуказанных расчетов приведены в таблице результатов.

. Гидравлический расчет был выполнен с целью определения мощности ГЦН, затрачиваемой на прокачку теплоносителя через парогенератор N = 4111 кВт.

Графическая часть проекта, состоящая из двух чертежей:

— основной вид вертикального парогенератора;

Основные определяющие размеры, приведенные на чертежах являются результатами расчетов пояснительной записки.

ПЕРЕЧЕНЬ СС ЫЛОК

1. Рассохин Н.Г. Парогенераторные установки атомных электростанций: Учебник для вузов. — 3-е изд.,перераб. и доп. -М.: Энергоатомиздат, 1987. — 384с.

. Кутепов А.М. , Стерман Л.С. , Стюшин Н.Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании: Учебное пособие для вузов. — 3-е изд. испр. -М.: Высш. Шк., 1986. -448с.

3. Расчет на прочность деталей парогенераторов АЭС: Методические указания к проекту по дисциплине “Парогенераторы атомных электростанций” для студентов специальности 0520 “Парогенераторостроение” / Сост. В.К.Щербаков,Я.В.Ященко — К.: КПИ, 1986. — 28с.

. Методические указания к самостоятельной работе по дисциплине “Парогенераторы АЭС” для студентов специальности “Атомные электрические станции” / Сост. В.П.Рожалин. -.: КПИ, 1990. — 80с.

Источник