Курсовая работа: Разработка рекуперативного теплообменного аппарата для концевого охлаждения воздушно-компрессорной установки
Название: Разработка рекуперативного теплообменного аппарата для концевого охлаждения воздушно-компрессорной установки Раздел: Промышленность, производство Тип: курсовая работа | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Содержание 1. Исходные данные 2. Математическая модель 2.1 Расчёт параметров теплоносителей 2.2 Полученные результаты 3. Теплофизические свойства теплоносителей 3.1 Горячий теплоноситель 3.2 Холодный теплоноситель 4. Эскизная компоновка теплообменника 5. Гидравлический и аэродинамический, тепловой расчёты 5.1 Холодный теплоноситель 5.1.1 Гидравлический расчёт 5.1.2 Тепловой расчёт 5.2 Горячий теплоноситель 5.2.1 Аэродинамический расчёт 5.2.2 Тепловой расчёт 6. Интенсификация теплообменного аппарата Литература Цель: разработка рекуперативного теплообменного аппарата для концевого охлаждения воздушно-компрессорной установки. Исходные данные приведены в таблице 1.1. Таблица 1.1 – Исходные данные согласно варианту
Принципиальная схема установки приведена на рис. 1.1. Уравнение состояния газа:
Первый закон термодинамики:
Работа компрессора в политропном приближении:
Уравнение аддитивности:
Тепловой поток, отбираемый от горячего теплоносителя:
Тепловой поток, передаваемый холодному теплоносителю:
Средне логарифмический температурный напор:
где Уравнение Ньютона – Рихмана:
Коэффициент теплопередачи в I-м приближении:
Уравнение неразрывности:
Число Рейнольдса:
Коэффициент теплоотдачи для гладких труб:
Коэффициент теплопередачи во II-м приближении:
Степень эффективности ребра:
Коэффициент межтрубного пространства:
Коэффициент теплоотдачи от оребрённых труб:
Коэффициент теплопередачи от оребрённых труб:
Потери давления за счёт оребрения труб:
2.1 Расчёт параметров теплоносителей Из (2.1), плотность горячего теплоносителя на входе в компрессор: где Массовый расход горячего теплоносителя:
Из уравнения политропного сжатия, определяем температуру горячего теплоносителя после процесса сжатия в компрессоре:
Заранее принимаем температуру горячего теплоносителя на выходе из теплообменного аппарата равной Считаем, что теплоемкость не сильно зависит от давления:
Согласно (2.4):
Тепловой поток, отбираемый от горячего теплоносителя, (2.5)
Заранее принимаем температуру холодного теплоносителя на выходе из теплообменного аппарата равной Теплоемкость холодного теплоносителя:
Согласно (2.4):
Принимаем, что потери отсутствуют при теплопередаче между холодным и горячим теплоносителями:
Из (2.5) найдём массовый расход холодного теплоносителя:
Удельная работа сжатия компрессора, (2.3):
Давление горячего теплоносителя на входе в теплообменный аппарат:
Давление горячего теплоносителя на выходе из теплообменного аппарата:
Допустимые потери давления для горячего теплоносителя:
Полученные результаты приведены в таблице 3.2 и 3.3. Таблица 3.2 – Полученный результат для горячего теплоносителя
Таблица 3.3 – Полученный результат для холодного теплоносителя
3. Теплофизические свойства теплоносителей Параметры на входе в теплообменный аппарат. Из уравнения (2.1), плотность теплоносителя:
где давление и температура берутся из табл. 3.2. Среднее значение плотности горячего теплоносителя:
Средняя температура теплоносителя:
Принимаем, что теплофизические свойства вещества не зависят от давления в данном случае. Для данной температуры Таблица 4.1 – Теплофизические свойства горячего теплоносителя
Холодный теплоноситель – жидкость, параметры которой приведены ниже:
Теплофизические свойства холодного теплоносителя из [5, с. 78, приведены в таблице 3.2. теплообменный аппарат расчет Таблица 4.2 – Теплофизические свойства холодного теплоносителя
Принимаем перекрёстно-противоточную схему движения теплоносителей (четырёх кратную – это значит, что перегородок должно быть три штуки – х =3). Поправочный коэффициент определяем по монограмме [1] с. 12. Поправочный множитель принимаем равным Средне логарифмический температурный напор (2.6)
где Учитывая поправочный множитель, Рисунок 3.1 – Противоточная схема движения теплоносителей Из (2.7), площадь теплообмена:
где
где Результаты расчётов и теплофизические свойства теплоносителей приведены в таблице 3.3. Таблица 4.3 – Результаты расчётов
4. Эскизная компоновка теплообменника Скорость движения холодного теплоносителя (воды) в теплообменном аппарате принимаем равной Принимаем трубу с параметрами 18х2 мм из стандартного ряда.Материал труб Сталь 08 сп, теплопроводность которой при данных температурных условиях составляет Химический состав труб Сталь 08 сп
Число труб в теплообменном аппарате:
Принимаем число труб Уточнённая скорость движения холодного теплоносителя:
Длина трубы:
Для кожухотрубчастых аппаратов в зависимости от производительности длина трубы принимается в диапазоне Расстояние между трубами:
Диаметр входного патрубка для холодного теплоносителя:
Диаметр входного патрубка для горячего теплоносителя:
Внутренний диаметр кожуха:
где Расстояние между перегородками:
Число перегородок:
примем 5. Гидравлический, аэродинамический и тепловой расчёты Число Рейнольдса (2.10):
Режим течения – турбулентный. Коэффициент гидравлического сопротивления при установившемся течении: Суммарные потери давления:
Местное сопротивление взято из [1], с. 22. Осреднённая теплоотдача:
Коэффициент теплоотдачи (2.11):
Площадь проходного сечения:
Средне расходная скорость теплоносителя:
Местные сопротивление взяты из:
Коэффициент потерь при радиальном обтекании пучка труб:
Суммарное аэродинамическое сопротивление: Принятые потери давления:
Число Рейнольдса (2.10):
где
5.2.2 Тепловой расчёт Осреднённая теплоотдача для одной трубы в средине пучка:
где параметры А, m, n – взяты из [1], с.21 для шахматного расположения труб. Теплоотдача от всего пучка труб:
где
Коэффициент теплоотдачи (2.11):
Коэффициент теплопередачи (2.12):
Площадь теплообменного аппарата (2.7):
Длина тубы:
Длина трубы очень большая, для её уменьшения необходимо произвести интенсификацию теплообменного аппарата. 6. Интенсификация теплообменного аппарата Так как полученные значения числа Рейнольдса для горячего теплоносителя малы, то принимаем метод интенсификации теплообменного аппарата за счёт оребрения, для увеличения коэффициента теплоотдачи воздуха. Рёбра накатанные трапециевидные. Материал ребер – алюминий, с теплопроводностью при данных температурных условиях равной Геометрические параметры ребер: 1) высота ребра:
2) толщина ребра (торца):
3) толщина основания ребра:
4) шаг между рёбрами:
5) толщина накатанной стенки:
6) диаметр оребрённой поверхности:
Расстояние между рёбрами:
Площадь поверхности рёбер, отнесённая к 1 метру труб (из [2, с.]): Площадь поверхности труб свободной от рёбер (межрёберных участков) отнесённая к 1 метру труб (из [2, с.]): Площадь оребрённой поверхности труб отнесённая к 1 метру труб: Площадь гладкой поверхности труб, отнесённая к 1 метру труб:
Коэффициент оребрения отнесённый к наружной поверхности:
С учетом оребрения строим эскиз поперечного сечения теплообменника. Учитывая расположение труб в виде правильного треугольника. А размещение трубной решетки внутри кожуха в виде шестиугольника. Коэффициент межтрубного пространства: где Площадь проходного сечения:
Скорость движения горячего теплоносителя:
Число Рейнольдса, (2.10):
где
Здесь в качестве определяющего размера принята величина эквивалентного диаметра суженного проходного сечения. Взято из [2, с. 308]. Критерий Нуссельта для шахматного оребрённого пучка:
где
Коэффициенты взяты из [1], с. 23. Коэффициент теплоотдачи для гладких труб (с учетом слоя алюминия), [2]:
Степень эффективности ребра, [2 с. 309]:
где
Приведённый коэффициент теплоотдачи от оребрённых труб (отнесённый к оребрённой поверхности), [3]: Коэффициент теплопередачи, приведённый к наружной поверхности, [3]:
В действительности с учётом изменения коэффициента теплоотдачи и температуры вдоль ребра эффект от оребрения может быть значительно меньше (действительный коэффициент теплоотдачи можно получить только экспериментально). Потери давления за счёт оребрения труб, [2]:
где
Суммарные потери давления: Принятые потери давления:
Площадь теплообменного аппарата:
Длина трубы:
1. Методические указания к выполнению курсовой работы с дисциплины «Тепломассообмен»/ Автора: В.М. Марченко, С.С. Мелейчук.- Сумы: Узд-во СумГУ, 2006. - 29 с. 2. Тепловые и конструктивные расчёты холодильных машин: Под общ. ред. д-ра техн. наук профессора / Н.Н. Кошкина. – Л.: Машиностроение, 1976. – 461 с. 3. Теплообменные аппараты холодильных установок/Г.Н. Данилова, С.Н. Богданов, О.П. Иванов и др.; Под общ. ред. д-ра техн. наук Г.Н. Данило-вой. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отделение, 1986. – 303 с.: ил. 4. Холодильные машины: Учебник для Вузов/ Н.Н. Кошкин,И.А. Сакун, Е.М. Бамбушек и др.; Под. Ред. И.А. Сакуна. – Л.: Машиностроение, 1985. – 510 с. 5. С.Л. Ривкин, А.А. Александров. Термодинамические свойства воды и водяного пара. М.: Энергия , 1975. |