Реферат: Тепловой расчет кожухотрубного теплообменного аппарата

<m:mathPr> <m:mathFont m:val=«Cambria Math»/> <m:brkBin m:val=«before»/> <m:brkBinSub m:val="--"/> <m:smallFrac m:val=«off»/> <m:dispDef/> <m:lMargin m:val=«0»/> <m:rMargin m:val=«0»/> <m:defJc m:val=«centerGroup»/> <m:wrapIndent m:val=«1440»/> <m:intLim m:val=«subSup»/> <m:naryLim m:val=«undOvr»/> </m:mathPr>

Міністерствоосвіти і науки України

Національний технічнийуніверситет України

«Київськийполітехнічний інститут»

Кафедра теоретичної та промислової теплотехніки

Курсовий проект

Тепловий розрахуноккожухотрубного

теплообмінного апарата

ЗТП 2101 00 01

Прийняв: доц..ГавришА. С. Виконав: студент гр.ЗТП –21, ТЕФ

Глянь Валерій Володимирович

зал.книжка № 2101

Захист дозволено "____""________" 2006 р. варіант № 1

Захищено з оцінкою "_________"

Підпис викладача ____________ Підпис студента ____________

Mail: Glian1@online.ua

2006

Содержание

Введение.

Постановка задачи.

1.

Количество передаваемой теплоты.

2.

Коэффициенттеплоотдачи к наружной поверхности трубки.

3.

Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхноститрубки.

4.

Коэффициенттеплопередачи.

5.

Площадьповерхности нагрева.

Вывод.

Списокиспользуемой литературы.

Введение

Теплообменными аппаратаминазывают устройства, предназначенные для передачи тепла от одного теплоносителяк другому, а также осуществления различных технологических процессов: нагревание, охлаждения, кипения,конденсации и др.

Теплообменные аппаратыклассифицируются по различным признакам. Например, по способу передачи тепла ихможно разделить на две группы: поверхностные (рекуперативные и регенеративные) и смешения.Требования к промышленным теплообменным аппаратам в зависимости отконкретных условий применения весьмаразнообразны. Основными требованиями являются: обеспечение наиболее высокого коэффициента теплопередачи при возможно меньшем гидравлическом сопротивлении; компактность и наименьший расходматериалов, надежность и герметичность всочетании с разборностью и доступностью поверхности теплообмена для механической очистки её от загрязнений;унификация узлов и деталей; технологичность механизированного изготовленияшироких рядов поверхностей теплообмена для различного диапазона рабочихтемператур, давлений и т. д.

При созданиях новых, более эффективных теплообменныхаппаратов стремятся, во-первых, уменьшить удельные затраты материалов, труда, средств и затрачиваемыйпри работе энергии по сравнению с теми же показателями существующихтеплообменников. Удельными затратами для теплообменных аппаратов называютзатраты, отнесенные к тепловой производительности взаданных условиях, во-вторых, повысить интенсивность иэффективность работы аппарата.Интенсивностью процесса или удельной тепловой производительностьютеплообменного аппарата называется количество теплоты, передаваемого вединицу времени через единицу поверхности теплообмена при заданном тепловомрежиме.

Интенсивность процессатеплообмена характеризуется коэффициентом теплопередачи k. Наинтенсивность и эффективность влияют также форма поверхности теплообмена;эквивалентный диаметр и компоновка каналов, обеспечивающие оптимальные скоростидвижения сред; средний температурный напор; наличие турбулизирующих элементов вканалах; оребрение и т. д. Кроме конструктивных методов интенсификации процесса теплообмена существуетрежимные методы, связанные с изменением гидродинамических параметров и режиматечения жидкости у поверхности теплообмена. Режимные методы включают: подвод колебаний к поверхности теплообмена,создание пульсации потоков, вдувание газа в поток либо отсос рабочей средычерез пористую стенку, наложении электрических или магнитных полей на поток, предотвращения загрязнений поверхноститеплообмена путем сильно турбулизации потока и т. д.

Постановка задачи

В вертикальном трубчатомтеплообменном аппарате подогревается вода, массовым расходом m2. Температура водыизменяется от t`2 до t``2 за счеттеплоты конденсации сухого насыщенного водяного пара давлением P. Нагреваемаявода протекает внутри латунных трубок диаметром d2/d1. Ориентировочная высотатрубок Н. Скорость движения воды W2. Водяной пар подается вмежтрубное пространство. Определить необходимую площадь поверхности нагрева, атакже расход греющего водяного пара.

№ вариан-та

m2,

кг/с

t`2,

0С

t``2,

0С

d2 /d1 ,

мм/мм

W2,

м/с

кПа

19/17.5

1.2

143

3.2

Пояснительная записка

1. Количество передаваемойтеплоты.

Рис. 1. Схемадвижения теплоносителей Рис. 2. Схематическое изображение

в теплообменном аппарате. теплопередачи в через одиночную трубку.

Рис.3. Схема перепада температуры теплоносителей вдоль теплообменной поверхностипарожидкостного теплообменного аппарата.

Определяемсреднеарифметическуютемпературу воды:

tж2= 0.5<img src="/cache/referats/26680/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1027">

где t’ж2 — температура воды на входе в подогреватель, °С;

(t`ж2=30°С),

t”ж2 — температура воды на выходе из подогревателя, °С,

(t``ж2=80°С);

Потаблице физических свойств воды находим основные параметры:

СРж2 =4176.5 кДж/(кг.0С) — теплоемкостьводы;

λж2=0.6535 Вт/(м.0С) — коэффициент теплопроводности;

ρж2 =985.65 кг/м3 — плотность воды;

υж2 =0.517 . 10 –6 м2/с — коэффициент кинематической вязкости;

Prж2= 3.26 — число Прандтля;

Определяем количествотеплоты, передаваемой паром воде:

<img src="/cache/referats/26680/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1028">4176кВт, где

mж2 — массовый расход воды, <img src="/cache/referats/26680/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1029">; (mж2=20<img src="/cache/referats/26680/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1030">

СРж2 — теплоемкость воды, <img src="/cache/referats/26680/image013.gif" v:shapes="_x0000_i1031"> (СРж2=4,1765<img src="/cache/referats/26680/image013.gif" v:shapes="_x0000_i1032">;

t’ж2 — температура воды на входе в подогреватель, °С;

t”ж2 — температура воды на выходе из подогревателя, °С,

Находим расход пара mж1.При заданном давлении пара Р = 143 кПа температуранасыщения tн= 108.5 0С. Теплотапарообразования, определяемая по температуре насыщения пара- rпар= 2253 кДж/кг;

<img src="/cache/referats/26680/image015.gif" v:shapes="_x0000_i1033"> где

Q — количествотеплоты,передаваемой паром воде, кВт;

rпар — теплота парообразования, определяемая по температуре насыщения

пара;

2. Коэффициент теплоотдачи кнаружной поверхности трубки.

Для расчета коэффициента теплоотдачик внешней поверхности трубки при конденсации пара необходимо знать температурувнешней поверхности стенки tс1 . Так как значение этой величинынеизвестно, то расчет проводим методом последовательных приближений. Заопределяющую температуру принимаем tн. Определяем среднелогарифмическийтемпературный напор:

<img src="/cache/referats/26680/image017.gif" v:shapes="_x0000_i1034">0С, где

tн — температура насыщения, 0С;

t’ж2 — температура воды на входе в подогреватель, °С;

t”ж2 — температура воды на выходе изподогревателя, °С;

В первом приближении задаемся:

По таблице физических свойств воды налинии насыщения определяем основные параметры при tн = 108.5 0С:

λж1=0.6845 Вт/(м.0С)- коэффициент теплопроводности;

ρж1 = 952 кг/м3 — плотность пленкиконденсата ;

υж1 =0.275 . 10 –6м2/с — коэффициент кинематической вязкости;

Prж1=1.63 — число Прандтля;

При температуре стенок в первом приближении tIc1-2 =84 0С : PrIс1= PrIс2 =2.1;

Приведенная длина трубки (комплекс Григуля приконденсации):

где tн — температура насыщения, 0С;

tIс1 — температура стенки в первом приближении, °С;

Н – высота трубок;

g-ускорение свободного падения;

υж1 — коэффициент кинематической вязкости конденсата, м2/с;

λж1- коэффициенттеплопроводностиконденсата, Вт/(м.0С);

rпар — теплота парообразования, определяемая потемпературе насыщения пара, кДж/кг;

ρж1 — плотность пленки конденсата, кг/м3 ;

Так как комплекс Григуля Z= 4606> 2300, то режим течения пленки конденсата смешанный.

Для смешанного режима течения пленки конденсата расчет производим зауравнением подобия:

ReIж1–безразмерный критерийРейнольдса, характеризирующий отношение сил инерции к силам молекулярного трения иопределяющий характер течения пленки конденсата;

Z– комплекс Григуля;

Prж1 — число Прандтля для пленкиконденсата при температуре насыщения tн = 108,5 0С;

PrIс1 — число Прандтля для пленкиконденсата при температуре стенки в первом приближении tIс=84 0С;

Определяем коэффициент теплоотдачи пара к внешней поверхности трубки:

αI1– коэффициент теплоотдачи,Вт/м2.0С;

Re– число Рейнольдса;

rпар — теплота парообразования, определяемая потемпературе насыщения пара, кДж/кг;

ρж1 — плотность пленки конденсата, кг/м3 ;

υж1 — коэффициент кинематической вязкости конденсата, м2/с ;

tн — температура насыщения, 0С;

tIс1 — температура стенки в первом приближении, °С;

Н – высота трубок;

3. Коэффициент теплоотдачивнутренней поверхности трубки.

Находимрежим течения подогреваемой воды;

число Рейнольдса длягидродинамического течения жидкости внутри труб:

<img src="/cache/referats/26680/image027.gif" v:shapes="_x0000_i1039"> где

ReIж2–безразмерный критерий Рейнольдса;

W2 – скорость движения нагреваемой воды,м/с;

d1– внутренний диаметртрубки, м;

υж2 — коэффициент кинематической вязкостинагреваемой воды, м2/с;

Течениеводы турбулентное;

Поправка на начальный термический участок стабилизации потока:

H/d1 = 3.2 / 0.0175 = 183 > 50 => EL =1;

Безразмерный коэффициент теплоотдачи,характеризующий теплообмен на границе стенка – жидкость:

<img src="/cache/referats/26680/image029.gif" v:shapes="_x0000_i1040"> где

NuIж2– безразмерный критерий Нуссельта, представляющийсобой отношение величины плотности теплового потока, переданного в процессетеплоотдачи, к величине плотности теплового потока, переданного через слойтолщиной Lтеплопроводностью;

Reж2–безразмерный критерий Рейнольдса;

Prж2 — число Прандтля для нагреваемой воды при среднеарифметическойтемпературе tж = 55 0С;

PrIс2 — число Прандтля для воды притемпературе стенки в первом приближении tIс=84 0С;

EL– поправка на начальныйтермический участок стабилизации потока;

Находимкоэффициент теплоотдачи внутренней поверхности трубки к воде:

<img src="/cache/referats/26680/image031.gif" v:shapes="_x0000_i1041"> где

αI2– коэффициент теплоотдачи,Вт/м2.0С;

NuIж2– безразмерный критерий Нуссельта;

λж2 — коэффициент теплопроводностиводы, Вт/(м.0С);

d1– внутренний диаметртрубки, м;

4.

Коэффициент теплопередачи.

Рассчитываем коэффициент теплопередачи.Так как для цилиндрической тонкостенной трубки выполняется условие соотношения

<img src="/cache/referats/26680/image033.gif" v:shapes="_x0000_i1042"> , то

расчет коэффициентатеплопередачи производим по формуле плоской стенки:

<img src="/cache/referats/26680/image035.gif" v:shapes="_x0000_i1043"> ; где

λIс= 114.6 Вт/(м.0С)в первом приближении для латуни при tIc2 = 84 0С ;

kI– коэффициенттеплопередачи, Вт/(м2.0С);

αI1, αI2– коэффициенты теплоотдачи, Вт/м2.0С;

δc– толщина стенки трубки, м;

5.

Площадь поверхности нагрева.

Средняя плотность теплового потока:

qI = kI . Δt = 3257 . 49.3 . 10-3=160.6 кВт/ м2, где

qI– плотность тепловогопотока, кВт/ м2;

kI– коэффициенттеплопередачи, Вт/(м2.0С);

Δt– температурный напор;

Площадь поверхности нагрева в первом приближении:

FI– площадь поверхности нагрева, м2;

Q — количествотеплоты, кВт;

qI– плотность теплового потока, кВт/ м2;

Выбор расчетного диаметра – так как αI1< αI2, то dp= d1;

Рассчитываем количество трубок в теплообменном аппарате :

Количествотрубок в одном ходе многоходового теплообменного аппарата соответственноопределяем, как:

Количество ходов многоходовоготеплообменного аппарата будет равняться:

Примечание.Величины n, n0,zTOA округляем до целых.

Действительное количествоходов многоходового теплообменного аппарата и действительная длина трубок водном ходе будут соответственно равняться:

Погрешность в определениидействительной длины трубок составит:

<img src="/cache/referats/26680/image049.gif" v:shapes="_x0000_i1050"> Проверкаисходных допущений.

H/d1= 3.307 / 0.0175 = 189>> 50 - канал является условнодлинным, следовательно исходная предпосылка верна – ЕL=1;

Производим расчеты дляуточнения температур поверхностей теплообмена со стороны разных теплоносителейи погрешности вычислений:

Так как полученные значениявеличин H, tc1не совпадают с принятыми, аtc2превышает допустимую величину погрешности 5% дляучебных задач в определении температуры стенки, производим повторный расчет,принимая Н=3.3 м, tc1 = 83 0С, tc2 =78 0С .

Приtн = 108.5 0С физические свойства пленки конденсата следующие:

λж1=0.6845 Вт/(м.0С);

ρж1=952 кг/м3; υж1 =0.275 . 10 –6м2/с;

Prж1= 1.63;

При tIIc1 =83 0С :

PrIIс1= 2.13;

Приведенная длина трубки:

Длясмешанного режима течения пленки конденсата расчет производим за уравнениемподобия:

Определяем коэффициент теплоотдачи пара к внешней поверхности трубки:

Находим режим течения подогреваемой воды;

число Рейнольдса длягидродинамического течения жидкости внутри труб:

Течениеводы турбулентное;

Поправка на начальный участок:

H/d1 = 26 / 0.0175 = 1485 > 50 => EL =1;

При tIIc2 =77 0С :

PrIIс2= 2.31;

Находимкоэффициент теплоотдачи внутренней поверхности трубки к воде:

Рассчитываем коэффициенттеплопередачи, где λIIс= 114 Вт/(м.0С) вовтором приближении для латуни при tc=0.5(tIIc1+tIIc2) =0.5.(83 +78) = 80,5 0С.

<img src="/cache/referats/26680/image071.gif" v:shapes="_x0000_i1061"> ;

Средняя плотность теплового потока:

qII = kII . Δt =3233 . 49.3. 10-3 =159.4 кВт/ м2;

Площадь поверхностинагрева во втором приближении:

Выборрасчетного диаметра – так как αI1< αI2,то dp= d1;

Рассчитываем количество трубок в теплообменном аппарате :

Количествотрубок в одном ходе многоходового теплообменного аппарата :

Количество ходов многоходовоготеплообменного аппарата будет равняться:

Действительное количествотрубок и действительная длина трубок в одном ходе :

Погрешность в определениидействительной длины трубок:

Уточняем температурыповерхностей трубки:

Температура поверхностей стенок трубок во втором приближении:

tc1= 83.3 0Cи tc2= 78 0C. Совпадение полученных значений с ранее принятымилежит в пределах точности расчета и, таким образом, окончательно принимаем площадь поверхности нагрева F= 26.2м2 и расход греющего водяногопара m=1.853 кг/с.

Вывод

Таким образом, произведенпроектный тепловой расчет рекуперативного пароводяного теплообменного аппаратас тепловой нагрузкой 4.176 МВт.Теплообменник противоточный, двухходовой, односекционный. Определеннаяповерхность теплообмена F= 26.2м2 , длина 3.35 м, количество труб – 143. Расход греющего водяного пара — 1.853 кг/с.

Рис. 4. Схемадвижения теплоносителей в односекционном

двухходовом теплообменном аппарате

Список используемойлитературы

1.

Беляев Н.М. Основытеплопередачи.

2.

Краснощеков Е. А., СукомелА.С. Задачник по теплопередаче.

3.

Лыков А. В. Теориятеплопроводности.

Mail: Glian1@online.ua

еще рефераты

Еще работы по технологии