Технико -экономическое сравнение систем отопления

На рисунке 2.3 приведен его поперечный разрез. В корпусе 1 расположены трубки 2. Принимаем один из основных вариантов размещения трубок в трубном пучке – по вершинам равносторонних треугольников.Рисунок 2.3 – Поперечный разрез теплообменного аппаратаШаг между трубками обычно выбирают в пределах .Чем меньше шаг между трубками, тем меньше площадь сечения для движения теплоносителя в межтрубном пространстве, т.е. тем выше скорость его движения. Однако, с уменьшением шага, растут технологические проблемы крепления трубок в трубных решетках.Принимаем шаг между трубками , м, м.Минимальный зазор между крайними трубками и корпусом теплообменника, ммобычно принимается равным 6 мм. Принимаем, мм. Тогда, как ясно из рисунка 2.3, внутренний диаметр корпуса теплообменника, м можно определить по формуле,.Определим площадь сечения теплообменника для движения греющего теплоносителя, т.е. площадь поперечного сечения межтрубного пространства. Эту площадь, соответствующую рисунку 2.3, можно определить по формуле, м2.Скорость движения греющего теплоносителя в межтрубном пространстве, м/с определим по формуле,м/с.Полученные скорости движения теплоносителей укладываются в рекомендуемый диапазон. Поперечное сечение и оценочная длина теплообменника близки к размерам стандартных секционных рекуператоров [7]. Значит, полученные результаты можно взять за основу дальнейших расчетов.2.3.3 Расчет коэффициента теплопередачи и площади поверхности теплообменаРасчет коэффициента теплопередачи требует нахождения коэффициента теплоотдачи от греющего теплоносителя, Вт/(м2К) и коэффициента теплоотдачи к нагреваемому теплоносителю, Вт/(м2К). Так как температура поверхности теплообмена заранее неизвестна, коэффициенты теплоотдачи приходится рассчитывать методом последовательных приближений. Задаваясь температурой поверхности теплообмена, определим численные значения коэффициентов теплоотдачи, зная которые уточним температуру поверхности теплообмена. Затем вновь повторим расчет коэффициентов теплоотдачи. Цикл расчета будем повторять до тех пор, пока не будет получена требуемая сходимость результатов.Для средней температуры нагреваемого теплоносителяС (формула ) определим следующие теплофизические свойства [5]: коэффициент теплопроводности Вт/(мК), коэффициент кинематической вязкости м2/с, число Прандтля .Поскольку предлагается изготовить теплопередающие трубки из латуни, изменение температуры по толщине поверхности теплообмена мало. Кроме того, ожидаемые значения коэффициентов теплоотдачи и имеют один и тот же порядок. Поэтому в первом приближении полагаем,С.Для этой температуры из таблиц теплофизических свойств воды, интерполируя, находим число Прандтля со стороны греющего и со стороны нагреваемого теплоносителей.Определим коэффициент теплоотдачи к нагреваемому теплоносителю, движущемуся в трубках. Для расчета можно использовать какую-либо формулу для определения среднего коэффициента теплоотдачи при движении жидкости в трубе. В таких формулах определяющим критерием подобия является число Рейнольдса, определяемое по формуле,.Так как число Рейнольдса превышает его критическое значение,то режим течения в трубках турбулентный. Поэтому применима формула М.А. Михеева [10],.Средний по поверхности теплообмена коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой жидкости, Вт/(м2К) определим по формуле, Вт/(м2К).Определим коэффициент теплоотдачи от греющего теплоносителя, движущегося в межтрубном пространстве. Для средней температуры греющего теплоносителяС (формула ) определим следующие теплофизические свойства [5]: коэффициент теплопроводности Вт/(мК), коэффициент кинематической вязкости м2/с, число Прандтля .Эквивалентный диаметр , м для каналов сложной геометрии определим по формуле,где– площадь сечения, через которое протекает теплоноситель, м2;– смоченный периметр поперечного сечения, м.В соответствии с рисунком 2.3, м.Определим число Рейнольдса для потока греющего теплоносителя по формуле,.Число Нуссельта для греющего теплоносителя определим по формуле,,Определим коэффициент теплоотдачи от греющего теплоносителя, Вт/(м2К) определим по формуле, Вт/(м2К).Определим коэффициент теплопередачи по формуле . Для латуни при температуре CВт/(мК) [8].Вт/(м2К).Так как в рассматриваемом случае,то, с достаточной точностью можно вести расчет, использую среднюю арифметическую разность температур, С, определяемую по формуле,С.Среднюю плотность передаваемого теплового потока, Вт/м2 определим по формуле, Вт/м2.Температуру наружной поверхности теплопередающей трубки, С, определим по формуле,С.Температуру внутренней поверхности теплопередающей трубки, С, определим по формуле,С.Из полученных численных значений температур наружной и внутренней поверхностей теплопередающих трубок видно, что они различаются незначительно. Поэтому, число Прандтля при температуре жидкости равной температуре стенки можно взять из таблиц теплофизических свойств воды, полагая, что С.Таким образом, . В результате получим следующие значения соотношений,в первом приближении было .,в первом приближении было .Определим погрешности расчета по формулам,., %.Расхождение составляет более 5 %. Выполним очередное приближение и произведем расчет.Определим числа Нуссельта с учетом уточненного значения числа Прандтля,. Вт/(м2К).,, Вт/(м2К).Определим уточненный коэффициент теплопередачиВт/(м2К). Вт/м2,С,С,С.Таким образом, .,вовтором приближении было .,вовтором приближении было .Определим погрешности расчета по формулам и ., %.Расхождение составляет менее 2 %. Определим критерии Нуссельта с уточненными соотношениями, Вт/(м2К),, Вт/(м2К).Определим уточненный коэффициент теплопередачиВт/(м2К).Определим действительную площадь поверхности теплообмена и длину трубок. м2, м.Определим диаметры патрубков для греющего и нагреваемого теплоносителей,.м,м.2.3.4 Поверочный расчет теплообменного аппаратаПоверочный расчет заключается в том, что для стандартного или вновь разработанного теплообменника при известных расходах греющего и нагреваемого теплоносителей, их начальных температурах и площади поверхности теплообмена требуется определить конечные значения температур теплоносителей, а также передаваемый тепловой поток.Конечные температуры обоих теплоносителей можно рассчитать с помощью следующих формул,,где– эффективность теплообменника, т.е. отношение теплового потока, передаваемого в теплообменнике в действительности к его теоретически максимально возможной величине; – водяные эквиваленты, Вт/К. , ; – наименьшее из произведений и ;В случае противоточной схемы движения теплоносителей эффективность ТОА определяется по формуле. Вт/К,Вт/К.Вт/К.Число единиц переноса определим по формуле,..Определим температуры греющего и нагреваемого теплоносителей на выходе из ТОА по формулам и .С,С.Сравнивая полученные температуры, приходим к выводу, что результаты поверочного расчета подтверждают соответствие конструктивного расчета исходным требованиям на проектирование ТОА.ЗаключениеВ работе рассмотрены вопросы технико-экономического сравнения существующих систем отопления и выполнен конструкторский и поверочный расчеты рекуперативного кожухотрубного теплообменного аппарата.В первой части работы произведено технико-экономическое сравнение таких отопительных систем как воздушные, водяные, паровые. Анализ показал, что более надежными и гигиенически приемлемымидля теплофикации городов и поселковв нашей стране являются центральные системы водяного отопленияс использованием газа в качестве топлива.Во второй части работы произведен конструктивный расчет рекуперативного теплообменного аппарата. Определена площадь поверхности теплообмена, коэффициент теплопередачи, скорости теплоносителей в трубном и межтрубном пространствах. Поверочный расчет подтвердил соответствие конструктивного расчета исходным требованиям на проектирование ТОА.Выполнение данной работы позволило овладеть навыками анализа технико-экономических показателей и навыками конструктивного расчета водоводяного теплообменного аппарата. Применение специализированного программного обеспечения способствовало более быстрому определению различных теплофизических параметров теплоносителей и расчету нескольких приближений.Список литературы1Варфоломеев Ю.М. Отопление и тепловые сети / Ю.М. Варфоломеев, О.Я. Кокорин: Учебник. – М.: ИНФРА-М, 2006. – 480 с.2 СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование. - Государственный комитет РФ по строительству и жилищно-коммунальному комплексу. – Москва, 2004. – 60 с.3Тиатор И. Отопительные системы. – М.: Техносфера, 2006. – 272 с.4 Родин А.К. Газовое лучистое отопление. – Л.: Недра, 1987 – 191 с.5Теплотехнические этюды с Excel, MathCad и Интернет / В.Ф. Очков, А.А. Александров, В.А. Волощук, Е.П. Богомолова. - М.: Изд-во BHV, 2015. – 336 c.6Бакластов А.М. Промышленные тепломассообменные процессы и установки / А.М. Бакластов, В.А. Горбенко, О.Л. Данилов и др. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 328 с.7Справочник по теплообменникам, т. 2 / пер. с англ. под ред. О.Г. Мартыненко и др. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 352 с.8Авчухов В.В. Задачник по процессам тепломассообмена / В.В. Авчухов, Б.Я. Паюсте. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 144 с.9 Чугаев Р.Р. Гидравлика / Р.Р. Чугаев. – Л.: Энергоиздат, 1982. – 672 с.10Исаченко В.П. Теплопередача / В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел. – М.: Энергоиздат, 1981. – 416 с.