Вопрос 12. Метод безразмерных характеристик и его применение к расчёту теплообменных аппаратов

Метод безразмерных характеристик -был предложен американским учёным Кейсом Лондоном

Q=EWмин(t1-t2)

Q-тепловая нагрузка

-температура первичного теплоносителя

-температура вторичного теплоносителя

Q=W₁(t₁^'-t₁^'')= W₂(t₂^''-t₂^')

Формула:

Эффективность теплообменника определяется аналитическим.графическим и табличным методом

Формула:

К-коэффициент

F-поверхность нагрева теплоаппарата

W1 и W2-водяные эквиваленты первичного и вторичного теплоносителя

W1=Gp1G1

W2=Gp2G2

Рисунок

Из уравнения теплового баланса определяется температура теплоносителя на выходе теплоаппарата.

Вопрос 13. Расчёт конвективных пучков котельных агрегатов с помощью метода безразмерных характеристик.

Расчет конвективных поверхностей нагрева следует производить в следующей последовательности:

1. По чертежу определяются конструктивные характеристики рассчитываемого конвективного газохода: площадь поверхности нагрева, шаг труб и рядов, диаметр труб, число труб в ряду, число рядов и площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания.

Площадь поверхности нагрева, расположенная в рассчитываемом газоходе

H=π∙d∙ℓ∙n, м²,

где d – наружный диаметр труб, м;

ℓ – длина труб, расположенных в газоходе, м;

n – общее число труб, расположенных в газоходе.

Из чертежа котлоагрегата определяются:

S₁ – поперечный шаг труб, м;

S₂ – продольный шаг труб, м;

z₁ – число труб в ряду;

z₂ – число рядов труб по ходу продуктов сгорания.

По конструктивным данным подсчитываются относительный поперечный шаг δ₁= S₁/d и относительный продольный шаг δ₂=S₂/d.

Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания:

- при поперечном омывании гладких труб

F=ab-z₁ℓd, м²;

- при продольном омывании гладких труб

F=ab- z(πd²/4)

где a и b – размеры газохода в расчетных сечениях, м;

ℓ – длина труб (при изогнутых трубах – длина проекции труб), м;

z – число труб в пучке.

2. Для учета зависимости теплофизических характеристик дымовых газов от температуры предварительно принимается их температура после газохода.

3. Вычисляется расчетная температура потока продуктов сгорания в конвективном газоходе (°С)

, ºС

где ϑ′ и ϑ′′ – температура продуктов сгорания на входе в поверхность и на выходе из нее.

4. Подсчитывается средняя скорость продуктов сгорания в конвективном пучке

, м/с,

где B_р – расчетный расход топлива, кг/с или м³/с;

F – площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м²;

V_г – объем продуктов сгорания на 1 кг жидкого топлива или на 1 м³ газа/

5. Определяется коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева при поперечном омывании коридорных и шахматных пучков по формуле

а_к=α_нс₂с₃с_ф, Вт/(м²К),

где α_н – коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме: при поперечном омывании коридорных пучков – по рисунку 5.8, при поперечном омывании шахматных пучков – по рисунку 5.9;

c₂ – поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания;

c₃ – поправка на компоновку пучка;

c_ф – коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока.

6. Вычисляется степень черноты газового потока по номограмме (рисунок 5.4). При этом необходимо вычислить суммарную оптическую толщину по формуле

kps=(k_г∙r_п+k_зл∙µ)ps,

При сжигании газа, жидкого и твердого топлива в слоевых топках принимается k_зл=0, p – давление в газоходе, для котлоагрегатов без наддува принимается равным 0,1 МПа.

Толщина излучающего слоя для гладкотрубных пучков находится по формуле

, (м).

7. Определяется коэффициент теплоотдачи излучением α_л, учитывающий передачу теплоты излучением в конвективных поверхностях нагрева:

а) для запыленного потока (при сжигании твердого топлива)

α_л=α_н∙а, Вт/(м²⋅К);

б) для незапыленного потока (при сжигании жидкого и газообразного топлива)

α_л=α_н∙а∙с_г, Вт/(м²⋅К),

где α_н – коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме на рисунке 5.10;

a – степень черноты;

c_г – коэффициент, определяемый по рисунку 5.10.

Для определения α_н и коэффициента c_г вычисляется температура загрязненной стенки

t_з=t+∆t, (°С),

где t – средняя температура окружающей среды, для паровых котлов принимается равной температуре насыщения при давлении в котле, ºС;

∆t – при сжигании твердых и жидких топлив принимается равной 60 °С, при сжигании газа 25°С.

8. Подсчитывается суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева

α₁= ξ(α_к+α_л),Вт/(м²⋅К),

где ξ – коэффициент использования, учитывающий неравномерность омывания поверхностей нагрева продуктами сгорания, для поперечно омываемых пучков ξ=1, для сложно омываемых пучков ξ=0,95.

9. Вычисляется коэффициент теплопередачи

К=ψα₁, Вт/(м²⋅К),

где ψ – коэффициент тепловой эффективности, определяемый по таблицам 5.1, 5.2.

10. Определяется средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания

, кДж/(кг∙К), кДж/(м³∙К),

где I′_к, I′′_к – энтальпия продуктов сгорания перед конвективным пучком и за ним соответственно, кДж/кг, кДж/м³;

ν′_к, ν′′_к – температура продуктов сгорания перед конвективным пучком и за ним соответственно, ºС.

11. Вычисляется водяной эквивалент дымовых газов

W_г=B_р(Vc)_ср, кВт/К.

12. Определяется безразмерное число единиц тепла

.

13. Находится эффективность конвективного пучка по формуле

ε=1-е^-NTU.

14. Определяется тепловосприятие конвективного пучка

Q=ε W_г(ν′_к-t_н), кВт,

где t_н – температура кипящей воды при давлении в паровом котле, ºС.

15. Температура дымовых газов за конвективным пучком находится по формуле

, ºС.