Пример решения задания 3

Исходные данные:

Определить: F и K.

Порядок расчета

Определяем эквивалент расхода потока первичного

W_п = 10³/(70 – 30) = 25 кДж/(с ∙ К) = 21 500 ккал/(ч ∙ °С);

вторичного

W_в = 10³/(60 – 5) = 18,2 кДж/(с ∙ К) = 15 600 ккал/(ч ∙ °С).

эквивалент расхода меньший

W_м=W_в=18,2 кДж/(с ∙ К);

больший

W_б=W_п = 25 кДж/(с ∙ К).

I. Расчет секционного теплообменника. Без­размерная удельная тепловая нагрузка по (4.11)

= 70 – 5 = 65°С.

Параметр теплообменника по (4.12)

.

Суммарная длина секций подогревателя по (4.13)

l= 10∙3,07 = 30,7 м.

Выбираем секции длиной 4 м. Количество последовательно включенных секций подогревателя

п = 30,7/4 = 7,7.

Принимаем п = 8.

По условиям эксплуатации (облегчения очи­стки от накипи), а также по условиям улучшения теплопередачи меньший расход (нагреваемую воду) пропускаем внутри трубок, а больший рас­ход (сетевую воду) — через межтрубное про­странство.

Максимально допустимое гидравлическое сопротивление одной секции теплообменника по пространству (4.14):

Внутритрубному

V_в = 18,2/4,2 = 4,34 кг/с = 0,00434 м³/с;

Межтрубному

V_п = 25/4,2 = 5,97 кг/с = 0,00597 м³/с.

На основе данных о секционных подогревателях с длиной секции 4 м, приведенных в прил. 5, условию s ≤ s^max удовлетворяет подог­реватель с диаметром корпуса D_н/D_в = 168/156. Гидравлическое сопротивление трубок этого подогревателя s_тр = 16 400 < 53 100 м∙с²/м⁶, сопротивление межтрубного пространства s_мт = 7400 < 35 100 м∙с²/м⁶.

Расчетные потери напора в подогревателе выбранных размеров составят:

для потока водопроводной воды, проходя­щей внутри трубок,

для потока сетевой воды, проходящей через межтрубное пространство,

Удельная безразмерная тепловая нагрузка подогревателя выбранных размеров по (4.2)

Параметр подогревателя выбранных размеров

Ф = 8∙4∙0,1 =3,2.

Расчетная тепловая нагрузка подогревателя по (4.6)

Q = 0,852 ∙ 18,2 ∙ 65 = 1008 кДж/с = 867 000 ккал/ч.

Максимальная разность температур

= 70 – 5 = 65°С.

Определим коэффициент теплопередачи по­догревателя при расчетных условиях. Поверхность нагрева подогревателя

F= 8 ∙ 6,9 = 55,2 м².

Поверхность нагрева одной секции 6,9 м² (см. прил. 5). Температура первичного потока на выходе из подогревателя

τ₂ = 70 – 1008/25 = 29,7°С.

Температура вторичного потока на выходе из подогревателя

t₁ =5 + 1008/182 = 60,4°С.

Средняя разность температур в подогревателе

Коэффициент теплопередачи

II. Расчет пластинчатого теплообменника.

Теплообменник выполняется из пластин типа 0,5. Технические характеристики пластин приве­дены в прил. 6.

Безразмерная удельная тепловая нагрузка по (4.11)

Число ступеней подогрева по (4.16)

Принимаем число ступеней подогрева х = 3.

Максимально возможные скорости теплоносите­лей по (4.17):

первичного

средняя температура первичного теплоносителя t_п.ср = 50°С; кинематическая вязкость ν_п = 0,556 ∙ 10^–6 м²/с;

вторичного

средняя температура вторичного теплоносителя t_в.ср = 32,5°С; кинематическая вязкость ν_в = 0,78 ∙10^–6 м²/с.

Максимально возможный объемный расход теплоносителя через один канал по (4.18):

первичного V_п.к = 0,33 ∙ 0,00285 = 0,00094 м³/с;

вторичного V_в.к = 0,28 ∙ 0,00285 = 0,00080 м³/с.

Площадь поперечного сечения канала f _к=0,00285 м² (см. прил 6).

Необходимое минимальное количество кана­лов для теплоносителя по (4.19), (4.20):

первичного п_п.к = 0,00597/0,00094 = 6,4;

вторичного п_в.к = 0,00434/0,00080 = 5,4.

Объемный расход теплоносителя:

первичного V_п = 0,00597 м³/с;

вторичного V_в = 0,00434 м³/с.

Принимаем п = 7 по каждому теплоносителю в каждой ступени.

Число пластин в каждой ступени по (4.21)

п_пп = 2∙7–1 = 13.

Всего в трех ступенях устанавливается 39 пластин.

Расчетная безразмерная тепловая нагрузка подогревателя выбранных размеров по (4.2)

Расчетная тепловая нагрузка подогревателя по (4.1)

Q = 0,839 ∙ 18,2 ∙ 65 = 992 кДж/с = 854 000 ккал/ч.

Определим коэффициент теплопередачи по­догревателя при расчетных условиях. Поверх­ность нагрева подогревателя

F=39 ∙ 0,5= 19,5 м².

Поверхность нагрева одной пластины 0,5 м² (см. прил. 6).

Температура потока на выходе из подогре­вателя:

первичного

вторично

Средняя разность температур в подогревателе

Коэффициент теплопередачи

Приведенные расчеты показывают, что коэффициент теплопередачи пластинчатого теплообменника значительно выше, чем скоростного секционного, поэтому площадь поверхности нагрева пластинчатого водонагревателя будет примерно в 2,8 раза меньше.