Тепловой расчет кожухотрубного теплообменного аппарата

Тепловой расчет кожухотрубного теплообменного аппарата

Список используемой литературы.

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

Теплообменные аппараты классифицируются по различным признакам.

Например, по способу передачи тепла их можно разделить на две группы: поверхностные (рекуперативные и регенеративные) и сме ш ения.

Требования к промышленным теплообменным аппаратам в зависимости от конкретных условий применения весьма разнообразны.

Основными требованиями являются: обеспечение наиболее высокого коэффициента теплопередачи при возможно меньшем гидравлическом сопротивлении; компактность и наименьший расход материалов, надежность и герметичность в сочетании с разборностью и доступностью поверхности теплообмена для механической очистки её от загрязнений; унификация узлов и деталей; технологичность механизированного изготовления широких рядов поверхностей теплообмена для различного диапазона рабочих температур, давлений и т. д. При созданиях новых, более эффективных теплообменных аппаратов стремятся, во-первых, уменьшить удельные затраты материалов, труда, средств и затрачиваемый при работе энергии по сравнению с теми же показателями существующих теплообменников.

Удельными затратами для теплообменных аппаратов называют затраты, отнесенные к тепловой производительности в заданных условиях, во-вторых, повысить интенсивность и эффективность работы аппарата.

Интенсивностью процесса или удельной тепловой производительностью теплообменного аппарата н азывается количество теплоты, передаваемого в единицу времени через единицу поверхности теплообмена при заданном тепловом режиме.

Интенсивность процесса теплообмена характеризуется коэффициентом теплопередачи k . На интенсивность и эффективность влияют также форма поверхности 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 интенсификации процесса теплообмена существует режимные методы, связанные с изменением гидродинамических параметров и режима течения жидкости у поверхности теплообмена.

Режимные методы включают: подвод колебаний к поверхности теплообмена, создание пульсации потоков, вдувание газа в поток либо отсос рабочей среды через пористую стенку, наложении электрических или магнитных полей на поток, предотвращения загрязнений поверхности теплообмена путем сильно турбулизации потока и т. д.

Постановка задачи В вертикальном трубчатом теплообменном аппарате подогревается вода, массовым расходом m 2 . Температура воды изменяется от t ` 2 до t `` 2 за счет теплоты конденсации сухого насыщенного водяного пара давлением P. Нагреваемая вода протекает внутри латунных трубок диаметром d 2 / d 1 . Ориентировочная высота трубок Н. Скорость движения воды W 2 . Водяной пар подается в межтрубное пространство.

Определить необходимую площадь поверхности нагрева, а также расход греющего водяного пара.

№ вариан-та m 2 , кг/с t ` 2 , 0 С t `` 2 , 0 С d 2 / d 1 , мм/мм W 2 , м/с P, кПа H, м
2 20 30 80 19/17.5 1.2 143 3.2
Пояснительная записка 1. Количество передаваемой теплоты. Рис. 1. Схема движения теплоносителей Рис. 2. Схематическое изображение в теплообменном аппарате. теплопередачи в через одиночную трубку . Рис. 3. Схема перепада температуры теплоносителей вдоль теплообменной поверхности парожидкостного теплообменного аппарата.

Определяем среднеарифметическую температуру воды: t ж2 = 0.5 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) ; По таблице физических свойств воды находим основные параметры : С Рж2 = 4176.5 кДж/(кг .0 С) - теплоемкость воды ; ж2 =0.6535 Вт/(м .0 С) - коэффициент теплопроводности ; ж2 = 985.65 кг/м 3 - плотность воды ; ж2 =0.517 . 10 –6 м 2 /с - коэ ф фициент кинематической вязкости ; Pr ж2 = 3.26 - число Прандтля ; Определяем количество теплот ы, передаваемой паром воде: 4176 кВт , где m ж2 - массовый расход воды, ; ( m ж2 =20 С Рж2 - теплоемкость воды, (С Рж2 =4,1765 ; t’ ж2 - температура воды на входе в подогреватель, °С; t” ж2 - температура воды на выходе из подогревателя, °С, Находим расход пара m ж1 . При заданном давлении пара Р = 143 кПа температура насыщения t н = 108.5 0 С. Теплота парообразования, определяемая по температуре на сыщения пара - r пар = 2253 кДж/кг; где Q - количество теплот ы, передаваемой паром воде, кВт; r пар - теплота парообразования, определяемая по температуре на сыщения пара ; 2. Коэффициент теплоотдачи к наружной поверхности трубки. Для расчета коэффициента теплоотдачи к внешней поверхности трубки при конденсации пара необходимо знать температуру внешней поверхности стенки t с1 . Так как значение этой величины неизвестно, то расчет проводим методом последовательных приближений. За определяющую температуру принимаем t н . Определяем среднелогарифмический температурный напор: 0 С, где t н - температура насыщения, 0 С; t’ ж2 - температура воды на входе в подогреватель, °С; t” ж2 - температура воды на выходе из подогревателя, °С ; В первом приближении задаемся: По таблице физических свойств воды на линии насыщения определяем основные параметры при t н = 108.5 0 С: ж1 = 0.6845 Вт/(м .0 С) - коэффициент теплопроводности ; ж1 = 952 кг/м 3 - плотность пленки конденсата ; ж1 = 0.275 . 10 –6 м 2 /с - коэ ф фициент кинематической вязкости ; Pr ж1 = 1.63 - число Прандтля ; При температуре стенок в первом приближении t I c 1-2 = 84 0 С : Pr I с1 = Pr I с2 = 2.1; Приведенная длина трубки (комплекс Григуля при конденсации): где t н - температура насыщения, 0 С; t I с1 - температура стенки в первом приближении, °С; Н – высота трубок; g -ускорение свободного падения; ж1 - коэ ф фициент кинематической вязкости конденсата , м 2 /с ; ж1 - коэффициент теплопроводности конденсата, Вт/(м .0 С) ; r пар - теплота парообразования, определяемая по температуре на сыщения пара , кДж/кг; ж1 - плотность пленки конденсата , кг/м 3 ; Так как комплекс Григуля Z = 4606 > 2300, то режим течения пленки конденсата смешанный. Для смешанного режима течения пленки конденсата расчет производим за уравнением подобия: Re I ж1 – безразмерный критерий Рейнольдса , характеризирующий отношение сил инерции к силам молекулярного трения и определяющий характер течения пленки конденсата; Z – комплекс Григуля; Pr ж1 - ч исло Прандтля для пленки конденсата при температуре нас ыщения t н = 108,5 0 С ; Pr I с1 - ч исло Прандтля для пленки конденсата при температуре стенки в первом приближении t I с = 84 0 С ; Определяем ко э ффициент теплоотдачи пара к внешней поверхности трубк и: I 1 – коэффициент тепло отдачи , Вт/м 2.0 С; Re – число Рейнольдса ; r пар - теплота парообразования, определяемая по температуре на сыщения пара , кДж/кг; ж1 - плотность пленки конденсата , кг/м 3 ; ж1 - коэ ф фициент кинематической вязкости конденсата , м 2 /с ; t н - температура насыщения, 0 С; t I с1 - температура стенки в первом приближении, °С; Н – высота трубок; 3. Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности трубки.

Находим режим течения подогреваемой воды; число Рейнольдса для гидродинамического течения жидкости внутри труб: где Re I ж2 – безразмерный критерий Рейнольдса; W 2 – скорость движения нагреваемой воды, м/с; d 1 – внутренний диаметр трубки, м; ж2 - коэ ф фициент кинематической вязкости нагреваемой воды, м 2 /с; Течение воды турбулентное; Поправка на начальный термический участок стабилизации потока: H/d 1 = 3.2 / 0.0175 = 183 > 50 => E L =1; Безразмерн ый коэффициент теплоотдачи, характеризующий теплообмен на границе стенка – жидкость: где Nu I ж2 – безразмерный критерий Нуссельта, представляющий собой отношение величины плотности теплового потока, переданного в процессе теплоотдачи, к величине плотности теплового потока, переданного через слой толщиной L теплопроводностью; Re ж2 – безразмерный критерий Рейнольдса ; Pr ж2 - ч исло Прандтля для нагреваемой воды при среднеарифметической температуре t ж = 55 0 С ; Pr I с2 - ч исло Прандтля для воды при температуре стенки в первом приближении t I с = 84 0 С ; E L – поправка на начальный термический участок стабилизации потока; Находим ко э ффициент теплоотдачи внутренней поверхности трубк и к воде: где I 2 – коэффициент тепло отдачи , Вт/м 2.0 С; Nu I ж2 – безразмерный критерий Нуссельта; ж2 - коэффициент теплопроводности вод ы , Вт/(м .0 С) ; d 1 – внутренний диаметр трубки, м; 4. Коэффициент теплопередачи.

Рассчитываем коэффициент теплопередачи. Так как для цилиндрической тонкостенной трубки выполняется условие соотношения , то расчет коэффициента теплопередачи производим по формуле плоской стенки: ; где I с = 114.6 Вт/(м .0 С) в первом приближении для латуни при t I c 2 = 84 0 С ; k I – коэффициент теплопередачи, Вт/(м 2.0 С) ; I 1 , I 2 – коэффициенты тепло отдачи , Вт/м 2.0 С; c – толщина стенки трубки, м; 5. Площадь поверхности нагрева.

Средняя плотность теплового потока: q I = k I . t = 3257 . 49.3 . 10 -3 =160.6 кВт / м 2 , где q I – плотность теплового потока, кВт / м 2 ; k I – коэффициент теплопередачи, Вт/(м 2.0 С); t – температурный напор; Площадь поверхности нагрева в первом приближении: F I – площадь поверхности нагрева, м 2 ; Q - количество теплот ы, кВт; q I – плотность теплового потока, кВт / м 2 ; Выбор расчетного диаметра – так как I 1 I 2 , то d p = d 1 ; Рассчитываем количество трубок в теплообменном аппарате : Количество трубок в одном ходе многоходового теплообменного аппарата соответственно определяем, как: Количество ходов многоходового теплообменного аппарата будет равняться: Примечание.

Величины n, n 0 , z TOA округляем до целых.

Действительное количество ходов многоходового теплообменного аппарата и действительная длина трубок в одном ходе будут соответственно равняться: Погрешность в определении действительной длины трубок составит: Проверка исходных допущений . H / d 1 = 3.307 / 0.0175 = 189 >> 50 - канал является условно длинным, следовательно исходная предпосылка верна – Е L =1; Производим расчеты для уточнения температур поверхностей теплообмена со стороны разных теплоносителей и погрешности вычислений : Так как полученные значения величин H , t c 1 не совпадают с принятыми, а t c 2 превышает допустимую величину погрешности 5% для учебных задач в определении температуры стенки, производим повторный расчет, принимая Н=3.3 м, t c 1 = 83 0 С , t c 2 = 78 0 С . При t н = 108.5 0 С физические свойства пленки конденсата следующие: ж1 =0.6845 Вт/(м .0 С); ж1 = 952 кг/м 3 ; ж1 =0.275 . 10 –6 м 2 /с; Pr ж1 = 1.63; При t II c 1 = 83 0 С : Pr II с1 = 2.1 3 ; Приведенная длина трубки: Для смешанного режима течения пленки конденсата расчет производим за уравнением подобия: Определяем ко э ффициент теплоотдачи пара к внешней поверхности трубк и: Находим режим течения подогреваемой воды; число Рейнольдса для гидродинамического течения жидкости внутри труб: Течение воды турбулентное; Поправка на начальный участок: H/d 1 = 26 / 0.0175 = 1485 > 50 => E L =1; При t II c 2 = 77 0 С : Pr II с2 = 2. 31 ; Находим ко э ффициент теплоотдачи внутренней поверхности трубк и к воде: Рассчитываем коэффициент теплопередачи, где II с = 114 Вт/(м .0 С) в о втором приближении для латуни при t c = 0.5(t II c 1 +t II c 2 ) =0.5 . (83 +78) = 80,5 0 С . ; Средняя плотность теплового потока: q II = k II . t = 3233 . 49.3 . 10 -3 =159.4 кВт / м 2 ; Площадь поверхности нагрева во втором приближении: Выбор расчетного диаметра – так как I 1 I 2 , то d p = d 1 ; Рассчитываем количество трубок в теплообменном аппарате : Количество трубок в одном ходе многоходового теплообменного аппарата : Количество ходов многоходового теплообменного аппарата будет равняться: Действительное количество трубок и действительная длина трубок в одном ходе : Погрешность в определении действительной длины трубок: У точняем температуры поверхностей трубки : Температура поверхностей стенок трубок во втором приближении : t c 1 = 83.3 0 C и t c 2 = 78 0 C . Совпадение полученных значений с ранее принятыми лежит в пределах точности расчета и, таким образом, окончательно принимаем площадь поверхности нагрева F = 26.2 м 2 и расход греющего водяного пара m =1.853 кг/с. Вывод Таким образом, произведен проектный тепловой расчет рекуперативного пароводяного теплообменного аппарата с тепловой нагрузкой 4.176 МВт.

Конституционное (государственное) право России

Маркетинг, товароведение, реклама

Психология, Общение, Человек

Менеджмент (Теория управления и организации)

Экономическая теория, политэкономия, макроэкономика

Педагогика

Юридическая психология

Бухгалтерский учет

Искусство

Банковское дело и кредитование

Уголовный процесс

Микроэкономика, экономика предприятия, предпринимательство

Экономика и Финансы

Политология, Политистория

Программное обеспечение

Социология

История

Литература, Лингвистика

Уголовное право

Международные экономические и валютно-кредитные отношения

Техника

Материаловедение

Религия

Культурология

Физика

Физкультура и Спорт

География, Экономическая география

Философия

Программирование, Базы данных

Экскурсии и туризм

Компьютерные сети

Сельское хозяйство

Гражданская оборона

Теория государства и права

Геология

Медицина

Биология

Нероссийское законодательство

Разное

Экономико-математическое моделирование

Химия

Охрана природы, Экология, Природопользование

Технология

Астрономия

Металлургия

Земельное право

Ветеринария

Транспорт

Математика

Военное дело

Конституционное (государственное) право зарубежных стран

Компьютеры и периферийные устройства

Военная кафедра

История отечественного государства и права

Муниципальное право России

Налоговое право

Таможенное право

Геодезия, геология

Право

Москвоведение

История экономических учений

Государственное регулирование, Таможня, Налоги

Банковское право

Музыка

Компьютеры, Программирование

Международное право

Семейное право

Радиоэлектроника

Финансовое право

Биржевое дело

Архитектура

История государства и права зарубежных стран

Историческая личность

Российское предпринимательское право

Гражданское право

Правоохранительные органы

Ценные бумаги

Криминалистика и криминология

Гражданское процессуальное право

Трудовое право

Административное право

Страховое право

Геодезия

Экологическое право

Пищевые продукты

Здоровье

История политических и правовых учений

Подобные работы

Технология восстановления чугунных коленчатых валов двигателей ЗМЗ-53А

echo "Например, вес чугунных отливок составляет до 50% веса машин. Это обусловливается простотой и относительной дешевизной изготовления чугунных деталей, хорошими литейными свойствами чугуна, его выс

Получение разделительной смазки по бетону

echo "Разработаны мероприятия по технике безопасности производства с расчетом взрывопожарной и пожарной безопасности и охрана окружающей среды. В экономическом обосновании проекта рассчитана калькуляц

Система производства и распределение энергоносителями промышленных предприятий

echo "Состав газа: "; echo ''; echo " "; echo ''; echo " "; echo ''; echo " "; echo ''; echo " "; echo ''; echo " "; echo ''; echo " "; echo ''; echo " Влагосодержание "; echo ''; echo " "; echo ''; e

Возможности радиолокационного тренажера NMS-90 и его использование для решения задач расхождения судов в условиях ограниченной видимости

echo "Следует подчеркнуть относительную тяжесть последствий столкновений. Технические убытки от них, как правило, велики и за последние годы составляют более 30 % от всех технических убытков вследств

Расчет основных элементов перегрузочного комплекса

echo "Разработка технологических схем перегрузки груза. В данной контрольной работе необходимо рассмотреть перегрузку на причале порта одного вида груза – кондитерских изделий, которые приходят на при

Разработка функциональных схем контроля и регулирования технологических параметров в курсовых и дипломных проектах

echo "Методические указания разработаны на кафедре Автоматизации и информационных технологий (АИТ) КГТУ. Табл. 2. Библиогр.: 14 назв. Печатается по решению методической комиссии по циклу общепрофесси

Работа по курсу «Металлорежущие станки и инструменты»

echo "Техническая характеристика станка Наибольший диаметр сверления в мм 35 20 Расстояние от оси шпинделя до лицевой стороны станины в мм ., 300 Наибольшее расстояние от торца шпинделя до стола в мм

Тепловой расчет кожухотрубного теплообменного аппарата

echo "Список используемой литературы. Введение Теплообменными аппаратами называют устройства, предназначенные для передачи тепла от одного теплоносителя к другому, а также осуществления различных тех