Реферат: Расчет теплообменных аппаратов

Государственный комитет российской федерации по рыболовству

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Мурманский государственный технический университет»

Расчетно-графическое задание

по дисциплине «Теоретические основы теплотехники»

«Расчет теплообменных аппаратов»

Выполнила:

студентка группы ВЭП-371.01.

Донцова Ю.Г.

Проверил:

Шорников В.П.

Мурманск

2010

Содержание

Вариант задания

Задание

1. Расчет пароводяного подогревателя

2. Расчет секционного водоводяного подогревателя

3. Расчетные данные пароводяного и секционного водоводяного теплообменников

4. Учебно-исследовательский раздел

5. Подбор критериальных уравнений для имеющих место случаев теплообмена т.о. аппаратах. Определение коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи

Список литературы

Вариант задания для курсового проекта

Вариант ( номер по журналу)

Производительность Q *10-6

Вт

(ккал/час)

Температура нагреваемой воды при входе в подогреватель t2/ 0С

Температура сетевой воды при входе в водоводяной подогреватель t1/ °C

Давление сухого насыщенного водяного пара р ат

Толщина загрязнения dз мм

Коэфф теплопроводности загрязнения lз

/>

2

0.465 (0.4)

70

140

4.0

0.4

1.2

Задание

Произвести тепловой и конструктивный расчет отопительного пароводяного подогревателя горизонтального типа и секционного водоводяного подогревателя производительностью />. Температура нагреваемой воды при входе в подогреватель />и при выходе />. Температура сетевой воды при входе в водоводяной подогреватель />и при выходе />.

Прим. Влияние загрязнения поверхности нагрева подогревателя и снижение коэффициента теплопередачи при низких температурах воды учесть понижающим коэффициентом b=0,65.

Для расчета пароводяного подогревателя приняты следующие дополнительные данные: давление сухого насыщенного водяного пара />(/>); температура конденсата, выходящего из подогревателя, />, число ходов воды />; поверхность нагрева выполнена из латунных труб />) диаметрами />, />. Загрязнение поверхности учесть дополнительным тепловым сопротивлением />. (в примере расчета dз/lз= 0,00015 м2 • ч • град/ккал 0.000129 м2 •град/Вт).

В обоих вариантах скорость воды />(в трубках) принять по возможности близкой к 0,9 м/с.

Для упрощения расчета принять />.

На основе расчетов выбрать аппараты, выпускаемые серийно, и сделать сопоставление полученных результатов.





1. Расчет пароводяного подогревателя

Расход воды определяем по формуле:

/>

где теплоемкость воды «с» по справочнику или упрощенно

/>,

(/>).



или V= 16 м3/час.

Число трубок в одном ходе


--PAGE_BREAK--

/>



где />— внутренний диаметр теплообменных труб.

и всего в корпусе



/>





/>

Рис. 1.Размещение трубок в трубной решетке трубчатого подогревателя.

а – по вершинам равносторонних треугольников;

б – по концентрическим окружностям.

Принимая шаг трубок />, угол между осями трубной системы />и коэффициент использования трубной решетки />, определяем диаметр корпуса:



/>



Определяем также диаметр корпуса по табл. 1–35 и рис. 1 при ромбическом размещении трубок.

Для числа трубок />находим в табл. 1-35 значение />и, следовательно, />.

Диаметр корпуса составит (рис 1):



/>



где dН – наружный диаметр трубки,

k– «зазор» между периферийной трубкой и диаметром корпуса (рис. 1) />.

Принимаем для корпуса подогревателя трубу диаметром мм.

Приведенное число трубок в вертикальном ряду:

/>



Определяем коэффициент теплоотдачи />от пара к стенке. Температурный напор:



/>



Средние температуры воды и стенки (для стенки значение температуры ориентировочное, впоследствии она будет пересчитана и уточнена при необходимости):



/>

/>



Режим течения пленки конденсата определяем по приведенной длине трубки (критерий Григулля) для горизонтального подогревателя, равной:



/>



где m— приведенное число трубок в вертикальном ряду, шт.; />— наружный диаметр трубок, м;



/>



/>/>— температурный множитель, значение которого выбирается по таблице значения температурных множителей в формулах для определения коэффициентов теплоотдачи.

При />имеем />, тогда



/>,7



что меньше величины Lкр=3900 (для горизонтальных труб), следовательно, режим течения пленки ламинарный.

Для этого режима коэффициент теплоотдачи от пара к стенке на горизонтальных трубках может быть определен по преобразованной формуле Д. А. Лабунцова:



/>.



При />по таблице находим множитель />тогда



/>



Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки к воде. Режим течения воды в трубках турбулентный, так как Reдля ламинарного потока должен быть ≤ 2300.



/>

    продолжение
--PAGE_BREAK--



где коэффициент кинематической вязкости воды (по справочнику, табл. стр.44)

/>, при средней температуре воды t=83,4° С.

Коэффициент теплоотдачи три турбулентном движении воды внутри трубок

/>

где множитель />при t=83,4° С по таблице; в данном случае />

Расчетный коэффициент теплопередачи (с учетом дополнительного теплового сопротивления dз/lз) определяем по формуле для плоской стенки />, так как ее толщина меньше 2,5 мм:



/>



Уточненное значение температуры стенки трубок

/>



Поскольку уточненное значение tст мало отличается от принятого для предварительного расчета, то пересчета величины aп не производим (в0 противном случае если отличие в данных температурах более 3% необходимо производить пересчет методом последовательных приближений до достижения данной точности).

/>-уравнение теплопередачи через плоскую стенку, отсюдарасчетная поверхность нагрева:



/>



Q— производительность, Вт;К — коэффицент теплопередачи, />;

Δt– температурный напор, ˚С;

Ориентируясь на полученную величину поверхности нагрева и на заданный в условии диаметр латунных трубок d=14/16 мм, выбираем пароводяной подогреватель горизонтального типа конструкции Я. С. Лаздана (рис. 1-24, табл. 1-23а) с поверхностью нагрева F=2,58 м2, площадью проходного сечения по воде (при z=2) fT=0,0132 м2, количеством и длиной трубок />, числом рядов трубок по вертикали m= 8. Основные размеры подогревателя приведены в табл. 1-23 б.

Уточним скорость течения воды />в трубках подогревателя:



/>



Поскольку активная длина трубок l=1600 мм, длина хода воды



/>



Определяем гидравлические потери в подогревателе. Коэффициент гидравлического трения при различных режимах течения жидкости и различной шероховатости стенок трубок можно подсчитать по формуле А. Д. Альтшуля:



/>

где k1 — приведенная линейная шероховатость, зависящая от высоты выступов, их формы и частоты.

Принимая k1=0 (для чистых латунных трубок), формулу можно представить в более удобном для расчетов виде (для гидравлически гладких труб):

/>



Уточняем критерий Рейнольдса Re:



/>



Значения lT=f(Re) для гидравлически гладких труб найдем, используя табл. 1–2, по известной величине Reнаходим />.

Потерю давления в подогревателе определяем с учетом дополнительных потерь от шероховатости в результате загрязнений латунных труб Хст=1,3, а по табл. 1–4 коэффициенты местных сопротивлений имеют следующие значения:




x * n (кол-во гидро сопротивлений см. чертеж)

Вход в камеру

/>

Вход в трубки

/>

Выход из трубок

/>

    продолжение
--PAGE_BREAK--

Поворот на 180°

/>

Выход из камеры

/>

Итого Sx

9,5



Потеря давления в подогревателе (при условии />)

/>



Гидравлическое сопротивление пароводяных подогревателей по межтрубному пространству, как правило, не определяется, так как его величина вследствие небольших скоростей пара (до 10 м/сек) очень мала.



2. Расчет секционного водоводяного подогревателя

Температура сетевой воды при входе в водоводяной подогреватель />, />, коэффициент теплопроводности стали />, />).

Расходы сетевой воды в трубках и воды, нагреваемой в межтрубном пространстве:



/>



где теплоемкость воды



/>, (/>), />,

/>

/>,





Площадь проходного сечения трубок (при заданной в условии расчета скорости течения воды в трубках />):



/>



Выбираем подогреватель по МВН-2050-29(рис. 1-25. Согласно таблице 1-24а он имеет: наружный диаметр корпуса 168 мм и внутренний — 158 мм, число стальных трубок (размером 16х14 мм (т.е. dH=16 мм dB=14)) n=37 шт., площадь проходного сечения трубок fт =0,00507м2, площадь проходного сечения межтрубного пространства fмт =0,0122 м2.

Скорость воды в трубках и в межтрубном пространстве:



/>=6,7/(3600*0.00507)=0.37 м/с.

/>=16/(3600*0.0122)=0.37 м/с.



Эквивалентный диаметр для межтрубного пространства



/>= />



Средняя температура воды в трубках и между трубками:/>

При этой температуре температурный множитель, необходимый для дальнейших расчетов (по таблице 1-1 A5T»2960);



/>



(А5МТ »2650).

Режим течения воды в трубках (при t1 = 110 0C, nT= 0,357*10-6 м2/с) и межтрубном пространстве (при t= 82,50C, nМТ = 0,271*10-6 м2/с) турбулентный, так как

/>= />

/>= />



Коэффициенты теплоотдачи (для турбулентного режима течения воды)



/>

/>

    продолжение
--PAGE_BREAK--



Расчетный коэффициент теплопередачи (коэффициент теплопроводности стали l=39 ккал/м ч град) определяем по формуле для плоской стенки, так как ее толщина меньше 2,5 мм:



/>

Температурный напор:





/>/>/>C



Поверхность нагрева подогревателя:



/>= />,



Длина хода по трубкам при среднем диаметре трубок d= 0,5(dH+dB); d= 0,5∙(0,016+0,014) =0,015 м



/>=/>



Число секций (при длине одной секции lТ= 2 м)



Z=LT/ lT=11,6 / 2 = 5,8секций; принимаем 6 секций.



Уточненная поверхность нагрева подогревателя согласно технической характеристике выбранного нами аппарата составит: F/ = 3,38/>(табл. 1-24б)



F=F/ ∙Z=3,38*6 »20,28 м2.



Действительная длина хода воды в трубках и межтрубном пространстве LT=2*6=12м; LMT=3,5*6=21м (при подсчете LMTрасстояние между патрубками входа и выхода сетевой воды, равное 3,5 м, выбрано из конструктивных соображений).

Определяем гидравлические потери в подогревателе. Коэффициенты гидравлического трения для трубок и межтрубного пространства определяем по формуле Альтшуля.

k– коэффициент абсолютной шероховатости. Для бесшовных стальных труб изготовления высшего качества k=0,06÷0,3 мм. Выбираем k=0,3*10-3 мм:



/>;



/>— эквивалентный диаметр для межтрубного пространства.



/>

/>



Коэффициенты местных сопротивлений для потока воды в трубках, принимаем по таб.1-4.




x * n(кол-во данных сопротивлений см. чертеж)


Вход в трубки

1,5 * 6=9.0

Выход из трубок

1,5 * 6=9,0

Поворот в колене

0,5 * 5=2.5

Итого:

S =20,5

Суммарный коэффициент местных сопротивлений для потока воды в межтрубном пространстве определяется из выражения.

Отношение сечений входного и выходного патрубка



fмт/fпатр = 1.

/>=20,5*1*6=123.

    продолжение
--PAGE_BREAK--

Потери давления в подогревателе с учетом дополнительных потерь Хст от шероховатости (для загрязненных стальных труб по табл. 1-3 принимаем Хст =1,51):

/>=/>;3973 Па.



Потери в межтрубном пространстве подсчитываются по аналогичной формуле, но лишь в том случае, когда сумма значений коэффициентов местных сопротивлений Sxмт определена по указанной выше формуле, в противном случае расчет потерь Dpмт значительно усложняется.

Итак,



/>=/>



3. Расчетные данные пароводяного и секционного водоводяного теплообменников



Тип теплообменника

Коэффициент теплопередачи K, />,

/>

Температурный напорDt, °С

Поверхность нагрева

F, м2

Диаметр корпуса

D, м

Длина корпуса

L,м

Гидравлическое сопротивление Dp,

м вод. ст.

Па

Число ходов Z

Пароводяной

3304/>

59,5

2,03

0,254

3,2

0,122 (1197)

2

Секционный водоводяной

849/>

23,3

20,2

0,168

2,04

0,405 (3973)

6

Вывод

Сравнение показывает, что для данных условий пароводяной теплообменник имеет те преимущества, что он более компактен и гидравлическое сопротивление его меньше.

4. Учебно-исследовательский раздел

1. Какой вид теплопередачи протекает в т.о. аппаратах.

Конвекция — явление переноса теплоты в слоях жидкостях или газах при их перемешивании. Различают свободную и вынужденную конвекцию.

В нашем случае, конвекция является вынужденной.

Вынужденная конвекция — перемешивание жидкости происходит с помощью каких-либо внешних устройств.

2.Есть или нет фазовый переход.

Фазовый переход — переход вещества из одной термодинамической фазы в другую при изменении внешних условий (температура, давление)

Так как предпочтительный т.о. аппарат у нас пароводяной, то фазовый переход есть.

3.Режим течения жидкости.

Различают ламинарный и турбулентный режимы течения жидкости. В нашем случае, это турбулентный режим т.к Re>2300.

4. Стенка внутри и снаружи: прямая, гладкая.

Уравнения для расчета:



/>— ур-е теплоотдачи.

/>— ур-е теплопроводности через плоскую стенку

/>-ур-е теплопередачи через плоскую стенку

/>-коэффициент теплопередачи.

/>;

/>



Согласно исходным данным:

F= 2,58м2 — поверхностью нагрева;

∆t= 59,50С — температурный напор;



/>

/>

/>(/>)

/>(/>)

/>(/>)

    продолжение
--PAGE_BREAK--

/>(/>)

/>(/>)

/>(/>)

/>(/>)

/>(/>)

/>(/>)

/>(/>)

/>(/>)



/>(мм)

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

0,18

0,2

Q(М/>)

5,84

4,39

3,9

2,4

1,7

0,75

0,12

0,1

0,09

0,08

0,072

Строим график зависимости />:



5.Подбор критериальных уравнений для имеющих место случаев теплообмена т.о. аппаратах. Определение коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи



Критерий Нуссельта (безразмерный коэффициент теплоотдачи), характеризует теплообмен между поверхностью стенки и жидкостью (газом).



/>;



d— диаметр;

α- коэф. конвективной теплоотдачи, Вт/(м2*K).

Критерий Прандтля (критерий физических свойств жидкости) –характеризует физические свойства жидкости и способность распространения теплоты в жидкости. Для газов Pr=0,6 – 1,0 и зависит только от атомности, жидкости Pr= 1-2500, для жидких металлов Pr=0,005-0,05.





/>;



v– коэффициент кинематической вязкости среды.

При вынужденной конвекции и турбулентном режиме течения жидкости.

Пароводяной т.о. аппарат:

внутри трубок:

/>;

/>;



По справочнику «справочник по теплопередачи» (стр.268 табл.XXXIX. [2]) выбираем число/>при соответствующих температурах.



/>Prст =1,55 при tст=113˚C;

/>;



снаружи трубок:

/>,

/>/>

/>при tст = 113/>

    продолжение
--PAGE_BREAK--

/>;



Найдем α.



/>

/>

/>/>



Водоводяной т.о. аппарат:

внутри трубок/>

/>;



По справочнику «справочник по теплопередачи» выбираем число/>при соответствующих температурах.



/>

/>

/>,



2. снаружи трубок



/>,

/>

/>

/>;



Найдем α.



/>;

/>

/>

/>



Результаты расчетов:

Коэффициент теплоотдачи α/>,

Курсовая работа, (отраслевой расчет)

По критериальным уравнениям

Пароводяной т.о. аппарат



/>

5495

7794

/>

6250

4640

К

3304

1560

Водоводяной т.о. аппарат



/>

2597

6488

/>

2900

2527

К

849

1692

Список литературы

Лебедев П.Д., Щукин А.А. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий. (Курсовое проектирование). / Учеб. пособие для энергетических вузов и факультетов. – М.: Энергия, 1970 – 408 с.;

Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. – М.: Госэнергоиздат, 1958 – 418 с.


еще рефераты
Еще работы по физике