Контрольная работа: Расчёт рекуперативного теплообменного аппарата
Название: Расчёт рекуперативного теплообменного аппарата Раздел: Рефераты по физике Тип: контрольная работа |
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: 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 (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 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 Prw : Prw =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 Prw : Prw =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 (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 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 Prw : Prw =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 Prw : Prw =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 в = 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. |