Реферат: Расчет пароводяного подогревателя

Министерство образования РФ

Братский государственный технический университет

Факультет энергетики и автоматики

Кафедра промышленной теплоэнергетики

Курсовая работа

по дисциплине

«Тепломассообмен»

Расчетпароводяного подогревателя

Пояснительнаязаписка

1016 ТО №в28 КП 103Г

Выполнил

студент группы ЭОПус-02-1 Мельников Е. А.

Проверил

к.т.н., доцент кафедры ПТЭ Федяева В. Н.

Министерство образования РФ

Братский государственный технический университет

Факультет энергетики и автоматики

Кафедра промышленной теплоэнергетики

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по курсу

«Тепломассообмен»

студента 3 курса гр. ЭОПус-02-1

Мельникова Е. А.

1. Исходные данные

Рассчитатьпароводяной подогреватель вертикального типа для подогрева воды системы отопленияцехов производственных помещений при следующих условиях:

1.

Давление воды Рв = 0,142 мПа

2.

Температура водына входе t`в = 20,5 0С

3.

Температура водына выходеt``в = 89,6 0С

4.

Расход воды Gв = 214,8 м3/ч

5.

Давление греющегопара Pп = 0,57 мПа

6.

Температурагреющего пара tп = 175 0С

2. Графическая часть: 2 л *А1

Заданиевыдано – 8.02.03

Заданиепринял к исполнению _____________

Руководитель проекта к.т.н., доцент _____________Федяева В. Н.
Содержание

Введение…………………………………………………………………...

1.Тепловой расчет подогревателя……………………………………….

2.Гидравлический расчет………………………………………………...

3.Механический расчет…………………………………………………..

4.Экономический расчет…………………………………………………

Заключение………………………………………………………………..

Списокиспользуемой литературы………………………………………

Угловая спецификация…………………………………………………...

ВВЕДЕНИЕ

Для закрепления теоретических знаний по курсу«Тепломасобменн» учебным планомпредусмотрен курсовой проект (работа) для студентов дневной и заочной форм обучения. Целью проектирования – выполнение расчета, на основаниикоторого производится окончательный выбор типа и конструкции аппарата,определения его размеров и выполнения чертежа аппарата. Тематика курсовогопроекта обычно охватывает разделы курса, связанные с расчетом рекуперативныхтеплообменников.

Теплообменными аппаратами называют устройства,предназначенные для передачи тепла от одного к другому, а также осуществленияразличных технологических процессов:нагревание, охлаждения, кипения, конденсации и др.

Теплообменные аппараты классифицируются по различнымпризнакам. Например, по способу передачи тепла их можно разделить на две группы: поверхностные (рекуперативные см. рис. 1 ирегенеративные) и смещения. Требования к промышленным теплообменным аппаратам взависимости от конкретных условийприменения весьма разнообразны. Основными требованиями являются: обеспечение наиболее высокогокоэффициента теплопередачи при возможно меньшем гидравлическомсопротивлении; компактность и наименьший расход материалов, надежность игерметичность в сочетании с разборностьюи доступностью поверхности теплообмена для механической очистки её от загрязнений; унификация узлов и деталей;технологичность механизированного изготовления широких рядов поверхностейтеплообмена для различного диапазона рабочих температур, давлений и т. д.

При созданиях новых, более эффективных теплообменных аппаратов стремятся,во-первых, уменьшить удельные затратыматериалов, труда, средств и затрачиваемый при работе энергии по сравнению стеми же показателями существующих теплообменников. Удельными затратами длятеплообменных аппаратов называют затраты, отнесенные к тепловойпроизводительности взаданных условиях, во-вторых, повысить интенсивность и эффективность работы аппарата. Интенсивностью процесса илиудельной тепловой производительностью теплообменного аппарата газываетсяколичество теплоты, передаваемого в единицу времени через единицу поверхноститеплообмена при заданном тепловом режиме.

Интенсивность процессатеплообмена характеризуется коэффициентом теплопередачи k. На интенсивность и эффективность влияют также формаповерхности теплообмена; эквивалентный диаметр и компоновка каналов,обеспечивающие оптимальные скорости движения сред; средний температурный напор;наличие турбулизирующих элементов в каналах; оребрение и т. д. Кроме конструктивных методов интенсификациипроцесса теплообмена существует режимные методы, связанные с изменениемгидродинамических параметров и режима течения жидкости у поверхноститеплообмена. Режимные методы включают: подвод колебаний к поверхности теплообмена, создание пульсации потоков,вдувание газа в поток либо отсос рабочей среды через пористую стенку, наложенииэлектрических или магнитных полей напоток, предотвращения загрязнений поверхности теплообмена путем сильнотурбулизации потока и т. д.

1.ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

ПОДОГРЕВАТЕЛЯ

При заданном давлении пара Рп=0,57МПа, температуре насыщенияts=160 оС по h-s диаграмме определяем состояние пара. Еслион перегрет, то имеем две зоны теплообмена:

первая — охлаждение пара от tп=175оСдо ts=160оС

вторая — конденсация насыщенного парана вертикальных трубах.

Считаем, что переохлаждения конденсатанет. Расчет поверхности проводим отдельно для каждой зоны (рис. 2).

1.1 Определяем параметры теплоносителей при средних температурах воды и пара

tв.ср=0,5(t`в+t``в),0С,

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

(t`в=20,5°С),

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

(t``в=89,6°С),

tв.ср=0,5(20,5+89,6)=55,05 0С,

tп.ср=0,5(tп+ts), 0С,

где tп. — температура перегретого пара, °С; (tп=175°С),

ts — температуранасыщенногопара, °С, (ts=160°С),

tп.ср=0,5(175+160)=167,5оС,

По таблицамфизических свойств воды и водяного пара определим их основные параметры.

При tв.ср.определяем следующие справочные данные:

Св= 4,183<img src="/cache/referats/15702/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025">-теплоемкость воды;

r

в=986,19 <img src="/cache/referats/15702/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026"> — плотность воды;

u

в=0,5 10-6<img src="/cache/referats/15702/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1027">-коэфициент кинематической вязкости;

l

в=0,653<img src="/cache/referats/15702/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1028"> — коэффициент теплопроводности;

Рrв=3- число Прандтля.

При tn.ср. определяем:

Сn=2,49 <img src="/cache/referats/15702/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1029"> — теплоемкость пара;

r

п=3,9<img src="/cache/referats/15702/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1030"> — плотность пара;

u

п=3,7 10-6 <img src="/cache/referats/15702/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1031">вязкостипара;

l

п=0,0316 <img src="/cache/referats/15702/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1032"> — коэффициент теплопроводности;

Рrп =1,2- числоПрандтля.

1.2 Определяем количество теплоты,передаваемой паром воде,

<img src="/cache/referats/15702/image014.gif" v:shapes="_x0000_i1033">кВт

где Gв — объемный расход воды, <img src="/cache/referats/15702/image016.gif" v:shapes="_x0000_i1034">Gв=0,0567<img src="/cache/referats/15702/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1035">

Св — теплоемкостьводы, <img src="/cache/referats/15702/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1036">; (Св=4,183<img src="/cache/referats/15702/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1037">

Q=0,0567 986,19 4,183(89,6-20,5)=17008.2кВт.

Вычисляем количество теплоты, передаваемой паром воде в 1-и зоне,

Q 1= D n× Сn×( tп– ts),кВт,

где Dп — массовый расход пара, <img src="/cache/referats/15702/image021.gif" v:shapes="_x0000_i1038">; (Dп=8,14<img src="/cache/referats/15702/image021.gif" v:shapes="_x0000_i1039">

Сп — теплоемкость пара, <img src="/cache/referats/15702/image023.gif" v:shapes="_x0000_i1040"> (Сn=2,49 <img src="/cache/referats/15702/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1041">

1.3 Определяемрасход пара

где r-теплота парообразования, определяемая по температуре насыщения

пара, <img src="/cache/referats/15702/image028.gif" v:shapes="_x0000_i1044">

Dп=<img src="/cache/referats/15702/image030.gif" v:shapes="_x0000_i1045">=8,13 <img src="/cache/referats/15702/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1046">;

Q1=8,13 2,49 (175-160)=303.841кВт.

1.4 Определяем количество теплоты,передаваемой паром воде во 2-й зоне,

Q2=Dn×r, кВт.

Q2=8,13 2053,4=16704.35кВт.

Проверимполученное значение переданной теплоты паром воде:

Q=Q1+Q2, кВт.

Q=303.841+16704,35=17008.2кВт.

Выберем произвольно диаметр трубок и скорость воды вних:

материал: сталь (задан) l

ст=38 <img src="/cache/referats/15702/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1047"> ;

скорость воды: w

в=1,6 <img src="/cache/referats/15702/image033.gif" v:shapes="_x0000_i1048">

толщина стенок трубок: d

С Т =1 мм.

1.5 Определяем коэффициенттеплоотдачи от внутренней поверхности стенки трубки к водe

<img src="/cache/referats/15702/image035.gif" v:shapes="_x0000_i1049"><img src="/cache/referats/15702/image037.gif" v:shapes="_x0000_i1050"> ,

где l

ж — коэффициент теплопроводностиводы, <img src="/cache/referats/15702/image037.gif" v:shapes="_x0000_i1051">

(l

в=0,653<img src="/cache/referats/15702/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1052">

Nu — критерий Нуссельта для воды; (Nu=317,5),

dвн — внутренний диаметр трубок, м, (dвн=0,027м),

1.6 Определим режим течения воды в трубах

<img src="/cache/referats/15702/image040.gif" v:shapes="_x0000_i1053">,

где Re — критерий Рейнольдса; (Re=86400),

n

в — коэффициент кинематической вязкости воды,<img src="/cache/referats/15702/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1054">;

(u

в=0,5 10-6<img src="/cache/referats/15702/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1055"> ),

w

в — скорость воды в трубках, <img src="/cache/referats/15702/image033.gif" v:shapes="_x0000_i1056">,(ωв=1,6),

Re=<img src="/cache/referats/15702/image042.gif" v:shapes="_x0000_i1057">

Если Re>104, то режимтечения — турбулентный. Критерий Нуссельта для турбулентного режима течения воды в трубкахопределяется последующей формуле:

Nuж=0,023 Re0,8 Рr 0,4 e

где Рr — число Прандтля для воды; e

— поправочный коэффициент. Если <img src="/cache/referats/15702/image044.gif" v:shapes="_x0000_i1058">e/=1, ℓ — длина трубок.

Полученные результаты подставляемв формулу, вычисляем количество трубок

Nuж=0,023 864000,8 30,4 1=317,5;

αж=<img src="/cache/referats/15702/image046.gif" v:shapes="_x0000_i1059">41470 <img src="/cache/referats/15702/image048.gif" v:shapes="_x0000_i1060">

Принимаем: шаг между трубками S= 1,4×d н =1,4x0,029=0,0406, м; кольцевой зазор между крайними трубками и корпусомаппарата К = 10 мм.

Выбираем стандартное количество трубок, близкое к полученному значению nст=91, шт.

1.7 Определяем <img src="/cache/referats/15702/image054.gif" v:shapes="_x0000_i1063"> (по прил. 17) при n,шт. Отсюда определяем диаметртрубной решетки D'=0,406, м.

Внутренний диаметр корпусасоставит

Dвн = D' + dн+ 2К, м.

DBH=0,406+0,029+0,02=0,455 м.

1.8 Рассчитаем поверхность теплообмена в 1-йзоне.

1.8.1 Определяем площадь межтрубного пространствадля прохода пара:

<img src="/cache/referats/15702/image056.gif" v:shapes="_x0000_i1064">2

fм.п=<img src="/cache/referats/15702/image058.gif" v:shapes="_x0000_i1065">455м.

Определяем скорость пара вмежтрубном пространстве

гдеρп — плотность пара, <img src="/cache/referats/15702/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1068">;(r

п=3,9<img src="/cache/referats/15702/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1069">),

Dп — массовый расход пара,<img src="/cache/referats/15702/image021.gif" v:shapes="_x0000_i1070">;(Dп=8,13<img src="/cache/referats/15702/image021.gif" v:shapes="_x0000_i1071">

ω

п=<img src="/cache/referats/15702/image063.gif" v:shapes="_x0000_i1073">20.36<img src="/cache/referats/15702/image033.gif" v:shapes="_x0000_i1074">

1.8.2 Определяемкоэффициент теплоотдачи от пара к трубе

гдеNuп — критерийНуссельта для пара;(Nuп=474,36),

λп — коэффициент теплопроводности пара, <img src="/cache/referats/15702/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1077">;(l

п=0,0316 <img src="/cache/referats/15702/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1078">

dЭ — эквивалентный диаметр, м,(dэ=0,04 м),

1.8.3 Вычисляемэквивалентный диаметр

гдеU — смоченный периметр, м, (U=9,7 м),

1.8.4 Определяем смоченный периметр

<img src="/cache/referats/15702/image070.gif" v:shapes="_x0000_i1080">М

U=3,14[0,455+91 0,029]=9,7 м;

dэ=<img src="/cache/referats/15702/image072.gif" v:shapes="_x0000_i1081">

1.8.5 Определяемрежим течения пара в межтрубном пространстве

гдеReп — критерийРейнольдса для пара; (Re=225621,6),

ν

п — коэффициент кинематической вязкости пара,<img src="/cache/referats/15702/image033.gif" v:shapes="_x0000_i1083">, (uп=3,7 10-6 <img src="/cache/referats/15702/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1084">

Reп=<img src="/cache/referats/15702/image076.gif" v:shapes="_x0000_i1085">32113.196

Если Re> 104 — режим течения турбулентный. Тогда критерий Нуссельта для пара составит

SHAPE * MERGEFORMAT

023

гдеРгп — критерий Прандтля для пара.

Полученные результаты подставляем в формулу.

Nuп=0,023 232113.1960,8 1,20,4=485.244;

αп=<img src="/cache/referats/15702/image079.gif" v:shapes="_x0000_i1086">36356.0798<img src="/cache/referats/15702/image037.gif" v:shapes="_x0000_i1087">.

1.9 Вычисляем коэффициент теплопередачи в 1- изоне

гдеδст-толщина трубки, м; (δст=0,001 м),

δн= 0,2-толщина накипи, мм;

λст-коэффициент теплопроводностиматериала трубки, <img src="/cache/referats/15702/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1090">;

(λст=38<img src="/cache/referats/15702/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1091">

λн=3,49коэффициент теплопроводности накипи, <img src="/cache/referats/15702/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1092">.

k=<img src="/cache/referats/15702/image085.gif" v:shapes="_x0000_i1093"><img src="/cache/referats/15702/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1094">.

1.10 Определяемтемпературный напор в 1-й зоне

<img src="/cache/referats/15702/image087.gif" v:shapes="_x0000_i1095">0С ,

гдеt``` — температура воды на границе между зонами, °С,(t```=88,37oC),

<img src="/cache/referats/15702/image089.gif" v:shapes="_x0000_i1096">0C,

t```=<img src="/cache/referats/15702/image091.gif" v:shapes="_x0000_i1097">oC;

Δ

t1=<img src="/cache/referats/15702/image093.gif" v:shapes="_x0000_i1098">32oC.

1.11 Поверхностьтеплообмена первой зоны составит

<img src="/cache/referats/15702/image095.gif" v:shapes="_x0000_i1099">2,

F1=<img src="/cache/referats/15702/image097.gif" v:shapes="_x0000_i1100">431144м2.

1.12 Рассчитаем поверхность теплообмена во 2-йзоне.

Будем считать, что в этой зоне коэффициент теплоотдачиот внутренней стенки трубки к жидкости равен коэффициенту теплоотдачи в 1-ойзоне. Это допустимо, так как свойства воды во 2-й зоне мало отличаются отсвойств воды в 1-й зоне.

Определим коэффициент теплопередачи для 2-й зоны k2графоаналитическимметодом. Для этого предварительно находим для различных участков переходатеплоты зависимость между удельным тепловым потоком qи перепадом температур Δ

1.12.1 Передача теплоты от пара к стенке.

1.12.2 Определяем удельный тепловой поток

гдеВ' — безразмерный коэффициент; (В`=16557,04),

hтр — предполагаемаявысота трубок, м, (hтр=4 м),

Вычисляембезразмерный коэффициент

<img src="/cache/referats/15702/image103.gif" v:shapes="_x0000_i1103">,

В`=1,34 [5700+56 160-0,09 1602]=16557,04;

q1=<img src="/cache/referats/15702/image105.gif" v:shapes="_x0000_i1104">308.215<img src="/cache/referats/15702/image101.gif" v:shapes="_x0000_i1105">

Задавшись рядом значений Δ

t1, вычислим соответствующие им величины Δt10,75и q1. Строимкривую <img src="/cache/referats/15702/image108.gif" v:shapes="_x0000_i1106"> (рис. 3).

Таблица 1

Δ

t10.75

5,6

9,5

12,8

15,9

18,8

21,6

65.837

110.723

150.075

186.214

220.138

252.395

1.13 Передача теплоты через стенку.

1.13.1 Определяем плотность теплового потока

Задавшись двумязначениями Δ

t2, вычисляем соответствующие им величины q2. Строим кривую <img src="/cache/referats/15702/image112.gif" v:shapes="_x0000_i1109"> (рис. 3).

Таблица 2

Δ

190

380

570

760

1.14 Передача теплоты через накипь.

1.14.1 Вычисляемудельный тепловой поток

Задавшись двумязначениями Δ

t3, определим соответствующие им величины q3. Строим кривую <img src="/cache/referats/15702/image116.gif" v:shapes="_x0000_i1112"> (рис. 3).

Таблица 3

Δ

87,25

174,5

349

523,5

698

1.15 Передачатеплоты от накипи к воде.

1.15.1 Вычисляем удельный тепловой поток

Задавшись двумязначениями Δ

t4, определим соответствующие им величины q4. Строим кривую <img src="/cache/referats/15702/image120.gif" v:shapes="_x0000_i1115"> (рис. 3).

Таблица 4

Δ

38,5

115,5

154

1.16 Рассчитаем средний температурный напор во 2-й зоне

<img src="/cache/referats/15702/image122.gif" v:shapes="_x0000_i1116">,°С.

Δ

t2=<img src="/cache/referats/15702/image124.gif" v:shapes="_x0000_i1117">015427oС;

q2=<img src="/cache/referats/15702/image126.gif" v:shapes="_x0000_i1118">2698.586<img src="/cache/referats/15702/image128.gif" v:shapes="_x0000_i1119">

Складываем ординаты четырех зависимостей, строимкривую температурных перепадов. На оси ординат из точки, соответствующей Δ

t2, проводим прямую, параллельную оси абсцисс, до пересеченияс кривой <img src="/cache/referats/15702/image130.gif" v:shapes="_x0000_i1120">qгр, <img src="/cache/referats/15702/image101.gif" v:shapes="_x0000_i1121">

Σ

t=51+5.96+12.98+0.0005463=70.89oC;

qГР=226.536<img src="/cache/referats/15702/image101.gif" v:shapes="_x0000_i1122">

1.17 Определяемкоэффициент теплопередачи во 2-й зоне

<img src="/cache/referats/15702/image132.gif" v:shapes="_x0000_i1123"> , <img src="/cache/referats/15702/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1124">.

K=<img src="/cache/referats/15702/image134.gif" v:shapes="_x0000_i1125">3189.958<img src="/cache/referats/15702/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1126">

1.18 Поверхностьтеплообмена во 2-й зоне составит

<img src="/cache/referats/15702/image136.gif" v:shapes="_x0000_i1127"> , м2 .

F2=<img src="/cache/referats/15702/image138.gif" v:shapes="_x0000_i1128">7м2.

1.19 Определяемсуммарную поверхность теплообмена

F=F1+F2, м2.

F=73.7+0,431144 =74.169м2.

1.20 Вычисляемдлину трубок

<img src="/cache/referats/15702/image140.gif" v:shapes="_x0000_i1129"> , м,

где dср — средний диаметр трубок, м; (dср =0,028м)

<img src="/cache/referats/15702/image142.gif" v:shapes="_x0000_i1130"> , м

dср=<img src="/cache/referats/15702/image144.gif" v:shapes="_x0000_i1131">;

L=<img src="/cache/referats/15702/image146.gif" v:shapes="_x0000_i1132">=9м.

Не рекомендуется устанавливать трубки длиной более 5м. Следовательно, необходимо уменьшить длину трубок. Для этого выбираеммногоходовой подогреватель. Тогда общее число трубок составит

<img src="/cache/referats/15702/image148.gif" v:shapes="_x0000_i1133"> , шт. ,

гдеm — число ходов теплообменника, (m=2);

n2=65 2=130шт.

При nс=187 шт., определяем D`=0,5684 м.

Проведем повторный расчет уже для многоходового теплообменникапо формулам.

Внутренний диаметр корпуса составит

Dвн = D' + dн+ 2К, м.

DBH=0,5684+0,029+0,02=0,6174 м.

1.21 Рассчитаемповерхность теплообмена в 1-й зоне.

1.21.1 Определяемплощадь межтрубного пространства для прохода пара:

<img src="/cache/referats/15702/image056.gif" v:shapes="_x0000_i1134">2

fм.п=<img src="/cache/referats/15702/image151.gif" v:shapes="_x0000_i1135">2.

Определяем скорость пара вмежтрубном пространстве

гдеρп — плотность пара, <img src="/cache/referats/15702/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1138">; (r

п=3,9<img src="/cache/referats/15702/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1139">),

Dп — массовый расход пара,<img src="/cache/referats/15702/image021.gif" v:shapes="_x0000_i1140">; (Dп=8,14<img src="/cache/referats/15702/image021.gif" v:shapes="_x0000_i1141">

ω

п=<img src="/cache/referats/15702/image157.gif" v:shapes="_x0000_i1142"><img src="/cache/referats/15702/image033.gif" v:shapes="_x0000_i1143">

1.21.2 Определяем коэффициент теплоотдачи от пара к трубе

гдеNuп — критерий Нуссельта для пара;

λп — коэффициент теплопроводностипара, <img src="/cache/referats/15702/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1146">; (l

п=0,0316 <img src="/cache/referats/15702/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1147">

</span

еще рефераты

Еще работы по технике

Реферат по технике

Теплоснабжение жилого района г. Чокурдах

29 Августа 2013