Расчёт рекуперативного теплообменного аппарата

Тип работы:
Контрольная
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

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 dнар=22 мм.

Шаг труб выбираем из соотношения S=(1,31,5) dнар=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 Рн=0.6 бар:

0С.

.

Примем =32. 44 0С.

Определяем расход холодного теплоносителя G2 из уравнения неразрывности.

;

м2;

Средняя температура холодного теплоносителя:

0С;

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:

;

0С.

Определение коэффициента теплопередачи k.

;

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

Толщина стенки ?=0,5 (dнар-dвн)=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 0C.

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

Определяем критерий Рейнольдса.

0С;

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 0С находим Prf = 6,5048

По tw2 = 53,59 0С 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:

,

0С,

0С.

Пересчитаем ?1 и ?2:

При =45,11 0С найдём значения Prw:

Prw=3,917,

.

.

.

Уточним коэффициент теплопередачи:

Ещё раз определим значения температур стенок:

,

0С,

0С.

Пересчитаем ?1 и ?2:

При =46,53 0С найдём значения Prw:

Prw=3,807,

.

.

.

Уточним коэффициент теплопередачи:

Ещё раз определим значения температур стенок:

,

0С,

0С.

Т.к. расхождение с предыдущими температурами менее 1%, то полученную в последнем приближении величину k=2934,02 Вт/м2К 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.

0С.

Определяем расход холодного теплоносителя G2 из уравнения неразрывности.

;

м2;

Средняя температура холодного теплоносителя:

0С;

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:

;

0С.

Определение коэффициента теплопередачи k.

;

Теплофизические свойства материала трубок таблица 6 (Сталь 2×13):;

Толщина стенки ?=0,5 (dнар-dвн)=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 0C.

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

Определяем критерий Рейнольдса.

0С;

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 = 22,670С находим Prf = 6,5928

По tw2 = 53,310С 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:

,

0С,

0С.

Пересчитаем ?1 и ?2:

При =44,79 0С найдём значения Prw:

Prw=3,941,

.

.

.

Уточним коэффициент теплопередачи:

Ещё раз определим значения температур стенок:

,

0С,

0С.

Пересчитаем ?1 и ?2:

При =46,22 0С найдём значения Prw:

Prw=3,831,

.

.

.

Уточним коэффициент теплопередачи:

Ещё раз определим значения температур стенок:

,

0С,

0С.

Т.к. расхождение с предыдущими температурами менее 1%, то полученную в последнем приближении величину k=2928,45 Вт/м2К 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.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой