Kakav je toplinski proračun izmjenjivača topline para-voda? Velika enciklopedija nafte i plina. Što je izmjenjivač topline

Stranica 1

Konstrukcijski proračun uključuje određivanje veličine plamenika pri minimalno potrebnom ili pri zadanom tlaku plina, kao i pri zadanim regulacijskim granicama i tlaku plina ispred mlaznice.  

Dizajn i izvedba zubaca ubodnih provlaka obično je isti kao kod provlaka s više klinova. Kada radite s pločicama s ključevima, mogu se koristiti pojedinačni ili skupni uzorci za rezanje slojeva. Ovdje je najracionalnija shema grupna s brojem zuba u skupini 2 i s dva kutna skošenja na prvom zubu, kao što je prikazano na sl. Posljednji kalibracijski zub obično se izrađuje jednake duljine 1 5 t, gdje je t korak zuba.  

Strukturni proračun uključuje određivanje dimenzija šipki pomoću zavisnih parametara. Potonji su jednostavno povezani s parcijalnim linearnim kapacitetima šipki.  

Strukturni proračuni provode se pri projektiranju novih izmjenjivača topline.  

Strukturni proračuni provode se nakon toplinskih proračuna izmjenjivača topline. Kod cijevnih uređaja to se svodi na određivanje broja ili duljine cijevi, njihovo postavljanje u cijevni lim (uzimajući u obzir broj udaraca) i pronalaženje glavnih dimenzija (promjera i visine) uređaja. Tijekom konstrukcijskog proračuna također se određuju promjeri armature izmjenjivača topline.  

Konstruktivni proračun sastoji se od sljedećih faza.  

Strukturni proračun elektrodinamičkog emitera provodi se na sljedeći način.  

Strukturni proračuni provode se u sljedećem redoslijedu.  

Strukturni proračuni provode se nakon toplinskih proračuna izmjenjivača topline. Kod cijevnih uređaja to se svodi na određivanje broja ili duljine cijevi, njihovo postavljanje u cijevni lim (uzimajući u obzir broj udaraca) i pronalaženje glavnih dimenzija (promjera i visine) uređaja. Tijekom konstrukcijskog proračuna također se određuju promjeri armature izmjenjivača topline.  

Strukturni proračuni provode se nakon toplinskih proračuna izmjenjivača topline. Kod cijevnih uređaja to se svodi na određivanje broja ili duljine cijevi, njihovo postavljanje u cijevni lim (uzimajući u obzir broj udaraca) i pronalaženje glavnih dimenzija (promjera i visine) uređaja. Tijekom konstrukcijskog proračuna također se određuju promjeri armature izmjenjivača topline.  

Postoje projektni i verifikacijski proračuni procesa prijenosa topline. Zadatak projektnog proračuna je odrediti veličinu i način rada izmjenjivača topline koji je potreban za opskrbu ili uklanjanje određene količine topline određenom rashladnom sredstvu. Svrha verifikacijskog proračuna je odrediti količinu topline koja se može prenijeti u određenom izmjenjivaču topline u danim radnim uvjetima. U oba slučaja izračun se temelji na korištenju toplinske bilance i jednadžbi prijenosa topline.

U projektnom proračunu poznata je ili specificirana količina grijane ili ohlađene tvari i njeni parametri na ulazu u izmjenjivač topline i na izlazu iz njega. Istodobno se određuju potrebna površina izmjenjivača topline, protok tople ili hladne rashladne tekućine, geometrijske dimenzije izmjenjivača topline određenog dizajna i njegov hidraulički otpor. Na kraju, na temelju izvedenih izračuna, odabire se standardni ili normalizirani izmjenjivač topline određenog dizajna. Odabrani dizajn trebao bi biti što je moguće optimalniji, tj. kombiniraju intenzivnu izmjenu topline s niskom cijenom i jednostavnošću rada.

Vrši se kontrolni proračun kojim se utvrđuje može li se postojeći izmjenjivač topline koristiti za određene namjene određene tehnološkim zahtjevima.

Projektni proračun rekuperativnih izmjenjivača topline

Prije izračuna rekuperativnih izmjenjivača topline odabire se prostor za kretanje rashladne tekućine kako bi se poboljšali uvjeti za prijenos topline iz rashladne tekućine s visokim toplinskim otporom. Da biste to učinili, preporuča se usmjeriti tekućinu koja ima visoku viskoznost ili čiji je protok manji u prostor u kojem njezina brzina može biti veća. Rashladne tekućine koje sadrže onečišćenja usmjeravaju se u prostore čije se površine lakše čiste od naslaga. Pri odabiru prostora također treba uzeti u obzir gubitak topline u okoliš.

Smjer međusobnog kretanja rashladne tekućine također je unaprijed odabran, uzimajući u obzir prednost protutoka tijekom izmjene topline bez promjene agregatnog stanja rashladne tekućine, kao i mogućnost usklađivanja smjerova prisilnog i slobodnog kretanja rashladne tekućine. .

Jako važno pravi izbor optimalne brzine kretanja rashladnih tekućina, jer to ima presudno tijekom projektiranja i rada izmjenjivača topline. Kako se brzina protoka povećava, koeficijent prijenosa topline raste

, a posljedično, potrebna površina za prijenos topline se smanjuje

, što zauzvrat dovodi do smanjenja ukupnih dimenzija izmjenjivača topline i njegovog troška. Osim toga, povećanjem brzine smanjuje se mogućnost stvaranja naslaga na površini izmjenjivača topline. Međutim, kada se brzina protoka pretjerano poveća, povećava se hidraulički otpor izmjenjivača topline, što dovodi do vibracija cijevi i vodeni čekić. Optimalna brzina se određuje iz uvjeta za postizanje željenog stupnja turbulencije strujanja. Obično nastoje osigurati da protok u cijevima zadovoljava kriterij

. U tom smislu preporučuju se sljedeće optimalne brzine vožnje:

(m/s): voda i tekućine umjerene viskoznosti –

; viskozne tekućine –

; zrak i plinovi pri umjerenom tlaku –

; zasićena para pod pritiskom –

; zasićena para pod vakuumom –

. Najpoželjnije je odabrati optimalnu brzinu na temelju tehničko-ekonomskog proračuna.

Potpuni proračun izmjenjivača topline uključuje toplinske, konstrukcijske i hidrauličke proračune.

Toplinski proračun. Toplinski proračun projektiranih izmjenjivača topline provodi se sljedećim redoslijedom:

– izračunati toplinsko opterećenje i protok rashladnog sredstva;

– izračunajte prosječnu temperaturnu razliku i prosječne temperature rashladnog sredstva;

– izračunati koeficijent prolaza topline i površinu prijelaza topline.

Najjednostavniji izračun je za konstantne temperature rashladne tekućine duž duljine izmjenjivača topline. U ovom slučaju, fizikalna svojstva rashladnih sredstava i temperaturne razlike su konstantni, a izračun se smanjuje na određivanje koeficijenta prijenosa topline. Uvjeti bliski ovim uočavaju se u kotlovima koji se zagrijavaju kondenzacijom pare. Općenito, temperature rashladne tekućine variraju duž duljine izmjenjivača topline. Odnos između promjena temperatura rashladnog sredstva određen je uvjetima toplinske bilance, koji za beskonačno mali element izmjenjivača topline ima oblik:

Gdje ,I ,– troškovi i toplinski kapaciteti rashladnih sredstava, i I – njihove temperature u proizvoljnom dijelu aparata.

Jednadžba toplinske bilance za cijeli aparat bez uzimanja u obzir toplinskih gubitaka dobiva se integracijom posljednje jednadžbe:

Gdje I ,I – početne i krajnje temperature rashladnih sredstava; – toplinsko opterećenje.

Brzine protoka rashladne tekućine tijekom izmjene topline bez promjene agregatnog stanja na temelju toplinske bilance:

;

.

Kada se agregatno stanje rashladne tekućine promijeni, jednadžba toplinske ravnoteže može imati drugačiji oblik u skladu s procesnim uvjetima. Na primjer, kada se para kondenzira

(

– potrošnja pare; I

– entalpije pare i kondenzata).

Promjena entalpije

Gdje

I

– prosječni specifični toplinski kapaciteti pregrijane pare i kondenzata;

I

– temperature pregrijane i zasićene pare.

Ako je konačna temperatura jednog od rashladnih sredstava nepoznata, tada se ona određuje iz toplinske bilance. Kada su konačne temperature obje rashladne tekućine nepoznate, koristi se opća tehnika za njihovo određivanje - metoda uzastopnih aproksimacija. Ova metoda se temelji na činjenici da se prvo donose određene odluke u vezi s dizajnom aparata i nepoznatim tehnološkim parametrima, zatim se ponovnom kalkulacijom provjerava ispravnost tog izbora, prihvaćaju ažurirane vrijednosti navedenih parametara i izračunava se ponavlja dok se ne dobiju rezultati sa željenim stupnjem točnosti. Treba uzeti u obzir da temperaturna razlika između rashladnih sredstava na kraju izmjenjivača topline mora biti najmanje 10–20 °C za tekuće grijače i 5–7 °C za parno-tekućinske grijače.

Određivanje prosječne temperaturne razlike

provodi se uzimajući u obzir prirodu promjena temperature duž površine izmjene topline

. U slučaju protutoka, kao i pri konstantnoj temperaturi jednog od rashladnih sredstava, prosječna temperaturna razlika se određuje kao prosječna logaritamska veća i manja temperaturna razlika rashladnih sredstava na krajevima izmjenjivača topline:

ili kada



.

Za sve ostale obrasce protoka, prosječna temperaturna razlika nalazi se pomoću istih jednadžbi, ali uz uvođenje faktora korekcije (vidi odjeljak 7.7.3).

Preporuča se izračunati prosječnu temperaturu rashladne tekućine s manjom temperaturnom razlikom po duljini aparata kao aritmetičku sredinu, a prosječnu temperaturu druge rashladne tekućine pronaći pomoću poznate vrijednosti

, koristeći relaciju

,

Gdje

I

– prosječne temperature rashladnog sredstva.

Daljnji zadatak izračuna je pronaći koeficijent prijenosa topline

. Ako se prijenos topline odvija kroz ravnu stijenku ili tanku cilindričnu, tada

.

Za izračun

potrebno je prethodno izračunati koeficijente prolaza topline I s obje strane stijenke za prijenos topline, kao i toplinski otpor stijenke

, što uključuje, osim toplinske otpornosti samog zida, i toplinsku otpornost onečišćenja s obje strane. Toplinska otpornost slojeva stijenke i onečišćenja određuje se ovisno o njihovoj debljini i koeficijentima toplinske vodljivosti materijala stijenke i onečišćenja. Koeficijenti prolaza topline izračunavaju se ovisno o uvjetima prijenosa topline pomoću jedne od jednadžbi danih u odjeljku 7.6.

Uzimajući u obzir raznolikost valovitih površina u pločastim izmjenjivačima topline, L.L. Tovazhnyansky i P.A. Kapustenko je predložio odnos za izračunavanje koeficijenta prijenosa topline, uzimajući u obzir kut nagiba valova u odnosu na smjer protoka radnog medija:

gdje je  kut nagiba rebra.

Ova jednadžba vrijedi unutar

.

Za izračun prijenosa topline u kanalima formiranim od ploča tipova 0,3r, 0,6r i 1,0 (vidi tablicu 8.1), jednadžba (8.20) može se prikazati kao:

na

; (8.21)

na

. (8.22)

Gdje – koeficijent hidrauličkog otpora proreznog kanala; – koeficijent hidrauličkog otpora glatke cijevi.

Tijekom kondenzacije brze pare (Re> 300) u kanalima mrežastog tipa L.L. Tovazhnyansky i P.A. Kapustenko je, koristeći model gibanja tipa disperznog prstena, dobio sljedeću ovisnost:

,

gdje je Nu Nusseltov kriterij za kondenzatni film; Re - Reynoldsov kriterij, izračunat iz ukupne brzine protoka smjese para-tekućina i viskoznosti tekuće faze;

– gustoća tekućine odnosno pare;

– Prandtlov kriterij za tekuću fazu.

Budući da su koeficijenti prijenosa topline funkcije brzina kretanja, da biste ih pronašli, morate znati područja poprečni presjek kanali kroz koje se kreću rashladne tekućine (protoci su poznati). To zahtijeva prvo odlučivanje o dizajnu i dimenzijama izmjenjivača topline. Osim toga, za izračun koeficijenta prijenosa topline Često je potrebno znati temperaturu zida odnosno specifično toplinsko opterećenje , čije vrijednosti zauzvrat ovise o količini koja se određuje . U takvim slučajevima koeficijenti prolaza topline izračunavaju se metodom uzastopnih aproksimacija: količinama I određuju se nakon određivanja vrijednosti koeficijenta prolaza topline

ček. Kako biste pojednostavili izračun, možete koristiti grafičko-analitičku metodu, u kojoj se provode dva paralelna izračuna za dvije odabrane vrijednosti iz jedne od rashladnih tekućina.

Tako npr. ako koeficijenti prolaza topline I ovise o temperaturi zida

, zatim, zadane dvije vrijednosti

I

, izračunajte odgovarajuće vrijednosti I i specifična toplinska opterećenjaI :

;

,

Gdje – prosječna temperatura rashladnog sredstva.

Prema toplinskom otporu zida

izračunajte temperaturu stijenke na strani druge rashladne tekućine:

,

i odrediti I , i I :

,

(– prosječna temperatura drugog rashladnog sredstva).

Slika 8.34 – Ovisnost q 1 i q 2 od vrijednosti t st1