Расчет расхода горячей воды.
Поскольку расход первичного теплоносителя Gж не был задан, он подлежит определению наряду с теплопроизводитсльностью аппарата:
Gж = Q·ηT / Δiж
где Δiж = i''ж – i'ж - абсолютная разность энтальпий первичного теплоносителя на входе и выходе аппарата. Значения i''ж, i'жнаходим с использованием таблицы «Теплофизические свойства воды при атмосферном давлении». Предварительно задаёмся недостающим значением температуры воды на выходе теплообменника t''ж = 30°С, чтобы температурный напор в любой части аппарата был положительным и не слишком низким во избежание излишних затрат в теплообменнике.
C'ж=4,191 кДж/кг*К, C''ж=4,174 кДж/кг*К
i'ж=4,191·75=314,325 кДж / кг ; i''ж=4,174·35=146,09 кДж / кг
Δiж = i'ж –i''ж = 314,325 – 146,09 = 193,746 кДж / кг
Gж = (316300· 0,98) / (193,746· 10³) = 1,63 кг / с
2.3. Расчет коэффициента теплоотдачи со стороны первичного теплоносителя.
Прежде чем приступить к расчету теплообмена со стороны первичного теплоносителя, необходимо выяснить, с каким видом теплообмена мы в данном случае имеем дело (теплопроводность, свободная или вынужденная конвекция, излучение и т.п.). При движении воды в трубах под действием перепада давлений в прямом и обратном трубопроводе теплосети имеет место вынужденная конвекция. Коэффициент теплоотдачи в этом случае рассчитываем в следующей последовательности:
2.3.1. На основе исходных данных находим так называемую «определяющую» температуру теплоносителя (в данном случае это средняя температура воды в теплообменнике tж=(t'ж+t''ж)/2=(75+30)/2=52,5°С). При этой температуре из таблицы теплофизических свойств воды находим: коэффициент теплопроводности воды λж=0,651 Вт/(м·град); коэффициент ее кинематической вязкости νж=0,537·10-6 м2/с и число Прандтля Рrж=3,4
2.3.2. Выбираем скорость движения воды wж в трубах (пусть wж = 1 м/с), а также их внутренний и наружный диаметры dв / dн. При этом ориентируемся на выпускаемые отечественной промышленностью трубки диаметром 12/14; 13/15: 14/16: 15/17:16/18мм. (Пусть dв / dн = 13 / 15)
2.3.3. Вычисляется безразмерное число Рейнольдса
Re ж,d = (1· 0,013) / (0,537· 10-6 ) =24200
и по его величине определяется режим движения воды в аппарате. Т.к. Re=24200>10000 , то режим турбулентный
2.3.4. В зависимости от характера обтекания поверхности нагрева (внутри или снаружи труб), направления движения теплоносителя (вдоль или поперек трубок), а также режима движения выбираем критериальную формулу для расчета теплоотдачи. В частности, при турбулентном течении воды в трубах справедлива критериальная зависимость вида:
Nuж,d = 0,021 Rеж0,8 Рrж0,43εqεl
Nuж,d = 0,021· 242000,8 3,40,43·1·1 = 114,24
где εqи εl - поправки на направление теплового потока и на длину трубы. В первом приближении принимаем их равными единице.
2.3.5. На основе выбранного критериального уравнения определяется число Нуссельта Nuж,dхарактеризующее теплообмен, а затем и искомый коэффициент теплоотдачи от воды
α ж = (Nuж,d · λж ) / dв = (114,24· 0.651) / 13· 10-³ = 5720 Вт / м2град