Рефетека.ру / Физика

Курсовая работа: 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

Расчет теплообменных аппаратов

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 Расчет теплообменных аппаратов. Температура нагреваемой воды при входе в подогреватель Расчет теплообменных аппаратов и при выходе Расчет теплообменных аппаратов. Температура сетевой воды при входе в водоводяной подогреватель Расчет теплообменных аппаратов и при выходе Расчет теплообменных аппаратов.

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 Расчет теплообменных аппаратов (Расчет теплообменных аппаратов); температура конденсата, выходящего из подогревателя, Расчет теплообменных аппаратов, число ходов воды Расчет теплообменных аппаратов; поверхность нагрева выполнена из латунных труб Расчет теплообменных аппаратов ) диаметрами Расчет теплообменных аппаратов, Расчет теплообменных аппаратов. Загрязнение поверхности учесть дополнительным тепловым сопротивлением Расчет теплообменных аппаратов. (в примере расчета dз/lз= 0,00015 м2 • ч • град/ккал 0.000129 м2 •град/Вт).

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

Для упрощения расчета принять Расчет теплообменных аппаратов.

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


1. Расчет пароводяного подогревателя


Расход воды определяем по формуле:


Расчет теплообменных аппаратов


где теплоемкость воды "с" по справочнику или упрощенно


Расчет теплообменных аппаратов,

(Расчет теплообменных аппаратов).


или V= 16 м3/час.

Число трубок в одном ходе


Расчет теплообменных аппаратов


где Расчет теплообменных аппаратов - внутренний диаметр теплообменных труб.

и всего в корпусе


Расчет теплообменных аппаратов


Расчет теплообменных аппаратов

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

а – по вершинам равносторонних треугольников;

б – по концентрическим окружностям.


Принимая шаг трубок Расчет теплообменных аппаратов, угол между осями трубной системы Расчет теплообменных аппаратов и коэффициент использования трубной решетки Расчет теплообменных аппаратов, определяем диаметр корпуса:


Расчет теплообменных аппаратов


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

Для числа трубок Расчет теплообменных аппаратовнаходим в табл. 1-35 значение Расчет теплообменных аппаратов и, следовательно, Расчет теплообменных аппаратов.

Диаметр корпуса составит (рис 1):


Расчет теплообменных аппаратов


где dН – наружный диаметр трубки,

k – "зазор" между периферийной трубкой и диаметром корпуса (рис. 1) Расчет теплообменных аппаратов.

Принимаем для корпуса подогревателя трубу диаметром мм.

Приведенное число трубок в вертикальном ряду:


Расчет теплообменных аппаратов


Определяем коэффициент теплоотдачи Расчет теплообменных аппаратов от пара к стенке. Температурный напор:


Расчет теплообменных аппаратов


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


Расчет теплообменных аппаратов

Расчет теплообменных аппаратов


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


Расчет теплообменных аппаратов


где m - приведенное число трубок в вертикальном ряду, шт.; Расчет теплообменных аппаратов - наружный диаметр трубок, м;


Расчет теплообменных аппаратов


Расчет теплообменных аппаратов Расчет теплообменных аппаратов - температурный множитель, значение которого выбирается по таблице значения температурных множителей в формулах для определения коэффициентов теплоотдачи.

При Расчет теплообменных аппаратов имеем Расчет теплообменных аппаратов, тогда


Расчет теплообменных аппаратов,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:


Расчет теплообменных аппаратов.


При Расчет теплообменных аппаратов по таблице находим множитель Расчет теплообменных аппаратов тогда


Расчет теплообменных аппаратов


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


Расчет теплообменных аппаратов


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

Расчет теплообменных аппаратов, при средней температуре воды t=83,4° С.

Коэффициент теплоотдачи три турбулентном движении воды внутри трубок


Расчет теплообменных аппаратов


где множитель Расчет теплообменных аппаратов при t=83,4° С по таблице; в данном случае Расчет теплообменных аппаратов

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


Расчет теплообменных аппаратов


Уточненное значение температуры стенки трубок


Расчет теплообменных аппаратов


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).

Расчет теплообменных аппаратов - уравнение теплопередачи через плоскую стенку, отсюда расчетная поверхность нагрева:


Расчет теплообменных аппаратов


Q - производительность, Вт; К - коэффицент теплопередачи, Расчет теплообменных аппаратов;

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 Расчет теплообменных аппаратов, числом рядов трубок по вертикали m = 8. Основные размеры подогревателя приведены в табл. 1-23 б.

Уточним скорость течения воды Расчет теплообменных аппаратов в трубках подогревателя:


Расчет теплообменных аппаратов


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


Расчет теплообменных аппаратов


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:


Расчет теплообменных аппаратов


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):


Расчет теплообменных аппаратов


Уточняем критерий Рейнольдса Re:


Расчет теплообменных аппаратов


Значения lT=f(Re) для гидравлически гладких труб найдем, используя табл. 1–2, по известной величине Re находим Расчет теплообменных аппаратов.

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

Расчет теплообменных аппаратов

Вход в трубки

Расчет теплообменных аппаратов

Выход из трубок

Расчет теплообменных аппаратов

Поворот на 180°

Расчет теплообменных аппаратов

Выход из камеры

Расчет теплообменных аппаратов

Итого Sx 9,5

Потеря давления в подогревателе (при условии Расчет теплообменных аппаратов)


Расчет теплообменных аппаратов


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 Расчет теплообменных аппаратов, Расчет теплообменных аппаратов, коэффициент теплопроводности стали Расчет теплообменных аппаратов, Расчет теплообменных аппаратов).

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


Расчет теплообменных аппаратов


где теплоемкость воды


Расчет теплообменных аппаратов, (Расчет теплообменных аппаратов), Расчет теплообменных аппаратов,

Расчет теплообменных аппаратов

Расчет теплообменных аппаратов,


Площадь проходного сечения трубок (при заданной в условии расчета скорости течения воды в трубках Расчет теплообменных аппаратов):


Расчет теплообменных аппаратов


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:


Расчет теплообменных аппаратов=6,7/(3600*0.00507)=0.37 м/с.

Расчет теплообменных аппаратов=16/(3600*0.0122)=0.37 м/с.


Эквивалентный диаметр для межтрубного пространства


Расчет теплообменных аппаратов= Расчет теплообменных аппаратов


Средняя температура воды в трубках и между трубками:Расчет теплообменных аппаратов

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


Расчет теплообменных аппаратов


(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


Расчет теплообменных аппаратов= Расчет теплообменных аппаратов

Расчет теплообменных аппаратов= Расчет теплообменных аппаратов


Коэффициенты теплоотдачи (для турбулентного режима течения воды)


Расчет теплообменных аппаратов

Расчет теплообменных аппаратов


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:


Расчет теплообменных аппаратов

Температурный напор:


Расчет теплообменных аппаратовРасчет теплообменных аппаратовРасчет теплообменных аппаратов0C


Поверхность нагрева подогревателя:


Расчет теплообменных аппаратов= Расчет теплообменных аппаратов,


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


Расчет теплообменных аппаратов=Расчет теплообменных аппаратов


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/ = 3,38Расчет теплообменных аппаратов (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 LMT расстояние 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 =0,06ч0,3 мм. Выбираем k=0,3*10-3 мм:


Расчет теплообменных аппаратов;


Расчет теплообменных аппаратов - эквивалентный диаметр для межтрубного пространства.


Расчет теплообменных аппаратов

Расчет теплообменных аппаратов


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.

Расчет теплообменных аппаратов=20,5*1*6=123.


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


Расчет теплообменных аппаратов=Расчет теплообменных аппаратов;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,


Расчет теплообменных аппаратов =Расчет теплообменных аппаратов


3. Расчетные данные пароводяного и секционного водоводяного теплообменников


Тип теплообменника

Коэффициент теплопередачи K, Расчет теплообменных аппаратов,

Расчет теплообменных аппаратов

Температурный напор Dt, °С

Поверхность нагрева

F, м2

Диаметр корпуса

D, м

Длина корпуса

L,м

Гидравлическое сопротивление Dp,

м вод. ст.

Па

Число ходов Z
Пароводяной

3304Расчет теплообменных аппаратов

59,5 2,03 0,254 3,2 0,122 (1197) 2
Секционный водоводяной

849Расчет теплообменных аппаратов

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:


Расчет теплообменных аппаратов - ур-е теплоотдачи.

Расчет теплообменных аппаратов - ур-е теплопроводности через плоскую стенку

Расчет теплообменных аппаратов - ур-е теплопередачи через плоскую стенку

Расчет теплообменных аппаратов - коэффициент теплопередачи.

Расчет теплообменных аппаратов;

Расчет теплообменных аппаратов


Согласно исходным данным:

F= 2,58м2 - поверхностью нагрева;

∆t = 59,50С - температурный напор;


Расчет теплообменных аппаратов

Расчет теплообменных аппаратов

Расчет теплообменных аппаратов (Расчет теплообменных аппаратов)

Расчет теплообменных аппаратов (Расчет теплообменных аппаратов)

Расчет теплообменных аппаратов (Расчет теплообменных аппаратов)

Расчет теплообменных аппаратов (Расчет теплообменных аппаратов)

Расчет теплообменных аппаратов (Расчет теплообменных аппаратов)

Расчет теплообменных аппаратов (Расчет теплообменных аппаратов)

Расчет теплообменных аппаратов (Расчет теплообменных аппаратов)

Расчет теплообменных аппаратов (Расчет теплообменных аппаратов)

Расчет теплообменных аппаратов (Расчет теплообменных аппаратов)

Расчет теплообменных аппаратов (Расчет теплообменных аппаратов)

Расчет теплообменных аппаратов (Расчет теплообменных аппаратов)


Расчет теплообменных аппаратов(мм)

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2

Q(МРасчет теплообменных аппаратов)

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 Расчет теплообменных аппаратов:


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).


Расчет теплообменных аппаратов ;


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.


Расчет теплообменных аппаратов;


v – коэффициент кинематической вязкости среды.

При вынужденной конвекции и турбулентном режиме течения жидкости.

Пароводяной т.о. аппарат:

внутри трубок:


Расчет теплообменных аппаратов;

Расчет теплообменных аппаратов;


По справочнику "справочник по теплопередачи" (стр.268 табл.XXXIX. [2]) выбираем числоРасчет теплообменных аппаратов при соответствующих температурах.


Расчет теплообменных аппаратовPrст =1,55 при tст=113˚C ;

Расчет теплообменных аппаратов;


снаружи трубок:


Расчет теплообменных аппаратов,

Расчет теплообменных аппаратов Расчет теплообменных аппаратов

Расчет теплообменных аппаратов при tст = 113Расчет теплообменных аппаратов

Расчет теплообменных аппаратов;


Найдем α.


Расчет теплообменных аппаратов

Расчет теплообменных аппаратов

Расчет теплообменных аппаратов Расчет теплообменных аппаратов


Водоводяной т.о. аппарат:

внутри трубокРасчет теплообменных аппаратов


Расчет теплообменных аппаратов;


По справочнику "справочник по теплопередачи" выбираем числоРасчет теплообменных аппаратов при соответствующих температурах.


Расчет теплообменных аппаратов

Расчет теплообменных аппаратов

Расчет теплообменных аппаратов,


2. снаружи трубок


Расчет теплообменных аппаратов,

Расчет теплообменных аппаратов

Расчет теплообменных аппаратов

Расчет теплообменных аппаратов;


Найдем α.


Расчет теплообменных аппаратов;

Расчет теплообменных аппаратов

Расчет теплообменных аппаратов

Расчет теплообменных аппаратов


Результаты расчетов:

Коэффициент теплоотдачи αРасчет теплообменных аппаратов,

Курсовая работа, (отраслевой расчет) По критериальным уравнениям
Пароводяной т.о. аппарат

Расчет теплообменных аппаратов

5495 7794

Расчет теплообменных аппаратов

6250 4640
К 3304 1560
Водоводяной т.о. аппарат

Расчет теплообменных аппаратов

2597 6488

Расчет теплообменных аппаратов

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.

Рефетека ру refoteka@gmail.com