Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Методические указанияСтр 1 из 3Следующая ⇒ Введение
В ходе выполнения работы студенты должны ознакомиться с методиками построения температурных графиков тепловых сетей, определения тепловых потерь зданий и выбора водо-водяного теплообменника для теплового пункта. В исходных данных задаются объем, назначение здания и город. Основная цель методических указаний: • обобщить, углубить и закрепить теоретические знания студентов; • научить студентов применять полученные ими теоретические знания к решению конкретных задач. Порядок выполнения расчетно-графической работы • Расчетно-графическая работа должна состоять из пояснительной записки объемом 15…20 листов формата А4 и схемы теплообменника на листе того же или двойного формата. Схему следует чертить в масштабе с указанием габаритных и установочных размеров. • В пояснительной записке приводятся: обоснования принятых решений, расчеты с исходными формулами, подстановкой численных данных и размерностями величин; краткое описание схемы подсоединения теплообменного аппарата. • Пояснительная записка должна иметь титульный лист и список использованной литературы с обязательными ссылками на источники в тексте. Методические указания 1.1. ПОСТРОЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ГРАФИКА Параметры горячего теплоносителя приводятся в задании. Обычно для теплоснабжения используются горячая вода с температурой прямой сетевой = 130…170 °С и водяной пар давлением р = 0,07… • большую возможную протяженность теплотрассы; • возможность как количественного, так и качественного регулирования. Качественное регулирование предполагает изменение температуры прямой сетевой воды с изменением температуры наружного воздуха. Приведенные в задании параметры греющего теплоносителя соответствуют пиковому расчетному режиму работы теплосети при расчетной температуре наружного воздуха для системы отопления, которая представляет собой среднюю температуру наиболее холодной пятидневки года в данной местности по восьми самым холодным зимам за 50 лет; аналогичная расчетная температура для систем вентиляции - это средняя температура самого холодного месяца года (января). Для ряда городов эти температуры приведены в табл. 1.1. Таблица 1.1 Расчетные температуры наружного воздуха [1]
Окончание табл. 1.1
Принцип построения температурного графика будет рассмотрен для конкретного случая в примере расчета. 1.2. ВЫБОР РАБОЧИХ ТЕМПЕРАТУР Выбираемый для теплового пункта теплообменный аппарат должен обеспечивать нормальную работу системы как на пиковом, так и на базовом режимах, при котором условия теплообмена ухудшаются из-за уменьшения температурного напора между теплоносителями. Поэтому расчет выполняется на пиковом и на базовом режимах. Для базового режима температуры воды в подающем и обратном трубопроводах определяются по температурному графику при средней температуре наружного воздуха за отопительный период Температура вторичного теплоносителя на выходе из отопительных устройств потребителя (на входе в подогреватель ЦТП) = 1.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ ЗДАНИЙ Во время отопительного периода в помещениях поддерживается расчетная температура внутреннего воздуха (табл. 1.2), превышающая температуру наружного воздуха, поэтому имеют место тепловые потери здания в окружающую среду через ограждения (стены, окна, полы, потолки). Таблица 1.2 Расчетные температуры внутреннего воздуха
Окончание табл. 1.2
Тепловые потери через ограждения (стены, потолки, полы, окна, двери) рассчитываются по уравнениям теплопередачи отдельно для всех помещений, кВт: (1.1) При определении общих тепловых потерь здания надо просуммировать потери всех его помещений. Для ориентировочных расчетов можно пользоваться приближенными формулами. Тогда теплопотери через ограждения, кВт: , (1.2) где - удельные тепловые потери здания по табл. 1.3, кВт/(м³×К); V – объем отдельного здания по наружному контуру, м³; - расчетная внутренняя температура по табл. 1.2, °С; - расчетная температура наружного воздуха для систем отопления по табл. 1.1, °С. При наличии вентиляции следует учитывать также тепловые потери с вентиляционным воздухом, кВт: . (1.3) Здесь - удельные теплопотери с вентиляционным воздухом по табл. 1.3, кВт/(м³×К); - расчетная температура наружного воздуха для вентиляции, °С (в табл. 1.1 они приведены для пикового режима). Таблица 1.3 Удельные тепловые потери
C учетом тепловыделений внутренних источников, задаваемых в виде доли от , суммарные тепловые потери здания, кВт: . (1.4) Если для каких - то случаев не удается найти удельные теплопотери по табл. 1.1, они могут быть приняты порядка = ; (1.5) , (1.6) где для кирпичных зданий , и для крупноблочного железобетона , . Формулы (1.2) - (1.6) справедливы для пикового и базового режимов. В последнем случае определяется пропорционально изменению температуры . 1.4. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ЦЕНТРАЛЬНОГО ТЕПЛОВОГО ПУНКТА (ЦТП) Теплообменники устанавливаются на местных тепловых пунктах (МТП) для обеспечения отопления и горячего водоснабжения отдельного здания или на ЦТП – для группы зданий или микрорайона. На рис. 1.1 показана принципиальная схема центрального теплового пункта [2]. Рис. 1.1. Принципиальная схема центрального теплового пункта: ПГ2 – 2-я ступень подогревателя горячей воды; РП – реле промежуточное; РТР – регулятор теплового режима системы отопления; ФГ – фильтр-грязевик; ТС – теплосчетчик; РТ – регулятор температуры; РГВ – регулятор горячего водоснабжения; Прямая сетевая вода с температурой подается к ЦТП от ТЭЦ Прямая сетевая вода очищается в фильтре-грязевике ФГ, проходит через теплосчетчик для определения теплоты, подаваемой на ЦТП, и поступает в подогреватели отопления ПО и горячей воды ПГ1 и ПГ2. На ЦТП осуществляется регулирование тепловой энергии на отопление датчиком РО, температур теплоносителей – регуляторами РТ и РТР. Импульс последнего через промежуточное реле передается на клапан регулятора расхода сетевой воды РО. 1.5. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ТЕПЛООБМЕННОГО Подогреватели могут быть водо-водяными и пароводяными. На рис. 1.2 изображен водо-водяной секционный теплообменник типа МВН-2050-62, характеристики которого в расчете на одну секцию приведены в табл. П.1 и П.2. Рис. 1.2. Секционный водо-водяной подогреватель МВН-2050-62 Трубные пучки этих подогревателей набраны из стальных труб диаметрами = 16 / 13,2 мм и длинами 2046 или 4086 мм, закрепленных в трубных решетках, приваренных к корпусу теплообменника. Для компенсации температурных деформаций на каждой секции теплообменника установлен линзовый компенсатор диаметром D. Греющая вода, как правило, проходит внутри труб, а нагреваемая – в межтрубном пространстве. Необходимая поверхность теплообмена набирается из нескольких секций, смонтированных последовательно (на рис. 1.2 показаны три такие секции). 1.6. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ И ВЫБОР Любой теплообменный аппарат можно рассчитать по двум уравнениям - теплового баланса и теплопередачи [3]: , (1.7) где Q – теплота, переданная от горячего теплоносителя к холодному, кВт; , - массовые расходы теплоносителей, кг/с; , - массовые теплоемкости теплоносителей, кДж/(кг×К); , - температуры горячего и холодного теплоносителей, °С; индексы: , - вход и выход теплоносителя; - КПД теплообменника. Тепловой поток Q можно определить по уравнению теплопередачи, Вт: . (1.8) Здесь коэффициент теплопередачи k, Вт/(м²×К). Для предварительного выбора секции теплообменника в первом приближении задается примерное значение коэффициента теплопередачи 2 кВт/(м²×К); , (1.9) если > 1,7, или среднеарифметическая, К: (1.10) при 1,7, где - большая разность температур между теплоносителями в кельвинах (К) для противотока при условии (рис. 1.3); - меньшая разность температур, К. Поскольку расчет выполняется как в пиковом, так и в базовом режимах, значения температур теплоносителей определяются по температурному графику для расчетных температур наружного воздуха и соответственно, по ним же находятся и теплопотери здания Затем определяется примерная поверхность подогревателя в пиковом и базовом режимах и за расчетный режим принимается тот, на котором требуется большая поверхность F.
Рис. 1.3. Изменение температур теплоносителей по длине теплообменника По уравнению (1.8) находится тепловой поток Q, после чего по формуле (1.7) – массовые расходы горячей и холодной воды и , затем – объемные расходы теплоносителей, м³/с: ; (1.11) . (1.12) Плотности воды , и теплоемкости , находятся Таблица 1.4 Теплофизические свойства воды на линии насыщения [3]
Находится необходимое проходное сечение теплообменника по трубам, м²: . (1.13) Здесь w - скорость горячей воды, которая задается в первом приближении в диапазоне 0,5…2,5 м/с. При меньших значениях скорости снижается коэффициент теплопередачи, а при больших – значительно возрастает гидравлическое сопротивление теплообменника, а следовательно, и мощность привода насоса. По определенному проходному сечению из табл. П.1 выбирается секция теплообменника, уточняются для нее скорости теплоносителей в трубах и межтрубном пространстве, м/с: , (1.14) , (1.15) где , - реальные проходные сечения по трубам и межтрубному пространству для выбранной секции. Определяются режимы движения теплоносителей: . (1.16) Здесь w – cкорости теплоносителей, м/с; d – внутренний диаметр труб для горячей воды и эквивалентный диаметр межтрубного пространства из табл. П.1 - для холодной, м; - коэффициенты кинематической вязкости теплоносителей из табл. 1.4 при их средних температурах, м²/с; - числа (критерии) подобия Рейнольдса для теплоносителей. Если , то режимы движения теплоносителей турбулентные и для расчета коэффициентов теплоотдачи следует использовать уравнение подобия: , (1.17) где Pr – число Прандтля теплоносителей из табл. 1.4 при их средних температурах; - числа Прандтля теплоносителей при температуре стенки труб, которая принимается в первом приближении, °С: . (1.18) Здесь и - средние температуры теплоносителей [см. пояснения к формуле (1.12)]. Если , режим течения ламинарный, а при - переходный, то вместо уравнения подобия (1.17) следует выбрать другие, соответствующие режиму течения теплоносителей [3]. По критериальному уравнению (1.17) определяются числа подобия Нуссельта для теплоносителей , (1.19) где - коэффициенты теплопроводности теплоносителей из табл. 1.4 при их средних температурах, Вт/(м×К); по диаметрам d [см. примечания к формуле (1.16)]. Из (1.19) находятся коэффициенты конвективной теплоотдачи, Вт/(м²×К): . (1.20) Учитывая малую толщину стальных труб и высокий коэффициент теплопроводности стали, коэффициент теплопередачи можно определить по формуле для плоских стенок, Вт/(м²×К): , (1.21) где , - коэффициенты конвективной теплоотдачи со сторон горячего и холодного теплоносителей, Вт/(м²×К); - толщина труб теплообменника, м; – коэффициент теплопроводности стенки труб, Вт/(м×К); - термическое сопротивление загрязнений с внутренней и наружной поверхностей труб (м²×К)/Вт. Затем находится в первом приближении необходимая поверхность теплообмена по формуле (1.8), м²: , (1.22) где средний температурный напор рассчитывается по формуле (1.9) с учетом уравнения (1.10). Находится температура стенки, °С: . (1.23) При температуре находится из табл. 1.4 уточненное значение числа Прандтля воды, затем поправки на направление теплового потока . Если ее величина отличается на 2 % и более от ранее принятой в формуле (1.17), то расчет следует повторить, начиная с этой формулы. По найденной в (1.22) поверхности определяется количество секций теплообменника: , (1.24) где - поверхность теплообмена одной секции по табл. П.1, м². Число n округляется до ближайшего целого. По данным в табл. П.2 геометрическим размерам нарисовать чертеж теплообменного аппарата с определенным количеством секций по аналогии с рис. 1.2. 1.7. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННИКА Задачей расчета является определение гидравлического сопротивления теплообменного аппарата по теплоносителям (потерь давления) и мощности привода насосов. Полное гидравлическое сопротивление складывается из потерь на трение и местных сопротивлений , МПа: . (1.25) Сопротивление трения определяется по формуле, МПа: , (1.26) где L – полная длина канала, м; d – внутренний диаметр труб для горячей воды и эквивалентный диаметр межтрубного пространства При ламинарном движении теплоносителя для определения можно использовать формулу Пуазейля: ; (1.27) при переходном () и турбулентном () режимах коэффициент трения зависит не только от режима движения жидкости, но и от шероховатости канала [5]. При малых значениях , когда пограничный слой покрывает выступы шероховатости, канал считается гидравлически гладким и может быть определен по формуле Блазиуса. При возрастании числа толщина пограничного слоя уменьшается и может оказаться меньше выступов шероховатости. При для гладких и шероховатых каналов универсальной является формула Альтшуля: , (1.28) где - относительная шероховатость труб, а K – абсолютная, мм, которую можно выбрать из табл. 1.5. Таблица 1.5 Абсолютная шероховатость поверхности
Местные потери обусловлены вихреобразованием в местах изменения сечения канала и других препятствий (вход, выход, поворот и др.) и могут быть определены по формуле, МПа: . (1.29) Здесь - коэффициенты местных сопротивлений (табл. 1.6), остальные составляющие те же, что в формуле (1.26). Таблица 1.6 Коэффициенты местных сопротивлений
Полная длина канала в формуле (1.26) для горячей воды (в трубах) и холодной воды (в межтрубном пространстве), м: ; (1.30) , (1.31) где размеры: - длина труб теплообменника из табл. П.1, м; L и Мощность привода насоса определяется по уравнению, кВт: . (1.32) Здесь V – объемный расход теплоносителя, м³/с; - КПД насоса. Исходные данные для расчета теплообменного аппарата центрального теплового пункта берутся из табл. 1.7 - 1.9. Таблица 1.7 Исходные данные для первой группы
Окончание табл. 1.7
Таблица 1.8 Исходные данные для второй группы
Окончание табл. 1.8
Таблица 1.9 Исходные данные для третьей группы
Окончание табл. 1.9
|