Название: Расчёт рекуперативного теплообменного аппарата

Вид работы: контрольная работа

Рубрика: Физика

Размер файла: 111.62 Kb

Скачать файл: referat.me-341448.docx

Краткое описание работы: Определение внутреннего диаметра корпуса теплообменника. Температура насыщенного сухого водяного пара. График изменения температур теплоносителя вдоль поверхности нагрева. Вычисление площади поверхности теплообмена Fрасч из уравнения теплопередачи.

Расчёт рекуперативного теплообменного аппарата

Расчёт рекуперативного теплообменного аппарата

Иваново 2010

1. Расчётная часть

Определим внутренний диаметр корпуса теплообменника.

Исходя из того, что нам задано общее число трубок в теплообменном аппарате n=130, выбираем из таблицы 1 [1] при расположении трубок по концентрическим окружностям число трубок – 130. Тогда число труб по диагонали = 13.

Наружный диаметр трубок задан и равняется d_нар =22 мм.

Шаг труб выбираем из соотношения S=(1,31,5) d_нар =28.633, принимаем S=30 мм.

k6 мм – кольцевой зазор между трубами и корпусом, принимаем k=10 мм.

мм.

Задаём температуру холодного теплоносителя на выходе из теплообменника.

Температура насыщенного сухого водяного пара при Р_н =0.6 бар:

⁰ С.

.

Примем =32.44 ⁰ С.

Определяем расход холодного теплоносителя G2 из уравнения неразрывности.

;

м² ;

Средняя температура холодного теплоносителя:

⁰ С;

Из таблицы 8 [2] выписываем параметры холодного теплоносителя:

кг/м³ ;

Дж/кгК;

кг/с.

Из уравнения теплового баланса находим тепловую мощность аппарата Q.

Вт.

Строим график изменения температур теплоносителя вдоль поверхности нагрева t=f(F) и рассчитываем среднюю температуру теплоносителей .

График изменения температуры теплоносителя вдоль поверхности нагрева

;

;

, значит определяется как среднее арифметическое:

;

⁰ С.

Определение коэффициента теплопередачи k.

;

Теплофизические свойства материала трубок таблица 6 [3] (Сталь 2Х13): ;

Толщина стенки δ=0,5 (d_нар -d_вн )=0,5 (22–16)=3 мм

Определение и .

Задаёмся

,

– коэффициент теплоотдачи при конденсации водяного пара на одиночной горизонтальной трубе.

,

где из таблиц 8 и 9 [2]

при Топр = Тнас = 85,95 ⁰ C.

– коэффициент теплопередачи при вынужденном движении текучей среды в прямых гладких трубах.

Определяем критерий Рейнольдса.

⁰ С;

м² /с;

Вт/мК.

>10⁴ режим турбулентный.

Значит, средняя теплоотдача рассчитывается по формуле Михеева:

,

-поправка, учитывающая изменение физических свойств среды от температуры.

Из таблицы 8 [2]:

По t0 = 23,22 ⁰ С находим Prf= 6,5048

По tw2 = 53,59 ⁰ С находим Prw=3,321

– поправка на изменение коэффициента теплоотдачи на начальном участке гидродинамической стабилизации.

, значит =1.

Тогда, .

.

Определяем k:

Т.к. при расчетах температуры стенок были заданы приближенно, то их необходимо уточнить. Для этого определим удельный тепловой поток исходя из температур теплоносителей:

.

Температуры стенок могут быть найдены из выражений:

,

⁰ С,

⁰ С.

Пересчитаем α₁ и α₂ :

При =45,11 ⁰ С найдём значения Pr_w :

Pr_w =3,917,

.

.

.

Уточним коэффициент теплопередачи:

Ещё раз определим значения температур стенок:

,

⁰ С,

⁰ С.

Пересчитаем α1 и α2:

При =46,53 ⁰ С найдём значения Pr_w :

Pr_w =3,807,

.

.

.

Уточним коэффициент теплопередачи:

Ещё раз определим значения температур стенок:

,

⁰ С,

⁰ С.

Т.к. расхождение с предыдущими температурами менее 1%, то полученную в последнем приближении величину k=2934,02 Вт/м² К будем считать окончательной.

2. Площадь поверхности теплообмена Fрасч из уравнения теплопередачи

,

теплообменник корпус уравнение нагрев

м² ,

Сравниваем и .

– действительная площадь поверхности теплообмена.

Т.к. коэффициенты теплопередачи имеют разные порядки, то в качестве берём диаметр, равный м, т. к. <.

м² .

Т.к. >5% то перезадаём значение t₂ , и производим расчёт заново с пункта 1.

Задаём температуру холодного теплоносителя на выходе из теплообменника. Используя формулу эффективности для конденсации, найдем .

⁰ С.

Определяем расход холодного теплоносителя G2 из уравнения неразрывности.

;

м² ;

Средняя температура холодного теплоносителя:

⁰ С;

Из таблицы 8 [4] выписываем параметры холодного теплоносителя:

кг/м³ ;

Дж/кгК;

кг/с.

Из уравнения теплового баланса находим тепловую мощность аппарата Q.

Вт.

Строим график изменения температур теплоносителя вдоль поверхности нагрева t=f(F) и рассчитываем среднюю температуру теплоносителей .

График изменения температуры теплоносителя вдоль поверхности нагрева

;

;

, значит определяется как среднее арифметическое:

;

⁰ С.

Определение коэффициента теплопередачи k.

;

Теплофизические свойства материала трубок таблица 6 (Сталь 2х13): ;

Толщина стенки δ=0,5 (d_нар -d_вн )=0,5 (22–16)=3 мм

Определение и .

Задаёмся ,

– коэффициент теплоотдачи при конденсации водяного пара на одиночной горизонтальной трубе.

,

где из таблиц 8 и 9 [2]

при Топр = Тнас = 85,95 ⁰ C.

– коэффициент теплопередачи при вынужденном движении текучей среды в прямых гладких трубах.

Определяем критерий Рейнольдса.

⁰ С;

м² /с;

Вт/мК.

>10⁴ режим турбулентный.

Значит, средняя теплоотдача рассчитывается по формуле Михеева:

,

-поправка, учитывающая изменение физических свойств среды от температуры.

Из таблицы 8 [2]:

По t0 = 22,67⁰ С находим Prf= 6,5928

По tw2 = 53,31⁰ С находим Prw=3,381

– поправка на изменение коэффициента теплоотдачи на начальном участке гидродинамической стабилизации.

, значит =1.

Тогда, .

.

Определяем k:

Т.к. при расчетах температуры стенок были заданы приближенно, то их необходимо уточнить. Для этого определим удельный тепловой поток исходя из температур теплоносителей:

.

Температуры стенок могут быть найдены из выражений:

,

⁰ С,

⁰ С.

Пересчитаем α₁ и α₂ :

При =44,79 ⁰ С найдём значения Pr_w :

Pr_w =3,941,

.

.

.

Уточним коэффициент теплопередачи:

Ещё раз определим значения температур стенок:

,

⁰ С,

⁰ С.

Пересчитаем α₁ и α₂ :

При =46,22 ⁰ С найдём значения Pr_w :

Pr_w =3,831,

.

.

.

Уточним коэффициент теплопередачи:

Ещё раз определим значения температур стенок:

,

⁰ С,

⁰ С.

Т.к. расхождение с предыдущими температурами менее 1%, то полученную в последнем приближении величину k=2928,45 Вт/м² К будем считать окончательной.

Находим площадь поверхности теплообмена Fрасч из уравнения теплопередачи.

,

м² ,

Сравниваем и .

– действительная площадь поверхности теплообмена.

Т.к. коэффициенты теплопередачи имеют разные порядки, то в качестве берём диаметр, равный м, т.к. <.

м² .

<5%

Из уравнения теплового баланса находим расход горячего теплоносителя G1.

;

кг/с.

Заключение

В результате расчета получили:

Температуры холодного теплоносителя на выходе –

Расходы горячего и холодного теплоносителей:

G1 = 1,48 кг/с

G2 = 46,86 кг/с

Внутренний диаметр корпуса D = 0,402 м.

Тепловая мощность аппарата Q = Вт

Список литературы

1. Шипилов В.М., Бухмиров В.В., Чухин И.М. Пример расчета теплообменника: Методические указания к курсовой работе. – Иваново, 1988.

2. Бухмиров В.В. Расчет коэффициента конвективной теплоотдачи: Методические указания к выполнению практических и лабораторных занятий. – Иваново, 2007.

3. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. – М.: Энергия, 1980.