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 |
|
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 . Температура нагреваемой воды при входе в подогреватель и при выходе . Температура сетевой воды при входе в водоводяной подогреватель и при выходе .
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 (); температура конденсата, выходящего из подогревателя, , число ходов воды ; поверхность нагрева выполнена из латунных труб ) диаметрами , . Загрязнение поверхности учесть дополнительным тепловым сопротивлением . (в примере расчета dз/lз= 0,00015 м2 • ч • град/ккал 0.000129 м2 •град/Вт).
В обоих вариантах скорость воды (в трубках) принять по возможности близкой к 0,9 м/с.
Для упрощения расчета принять .
На основе расчетов выбрать аппараты, выпускаемые серийно, и сделать сопоставление полученных результатов.
1. Расчет пароводяного подогревателя
Расход воды определяем по формуле:
где теплоемкость воды "с" по справочнику или упрощенно
,
().
или V= 16 м3/час.
Число трубок в одном ходе
где - внутренний диаметр теплообменных труб.
и всего в корпусе
Рис. 1.Размещение трубок в трубной решетке трубчатого подогревателя.
а – по вершинам равносторонних треугольников;
б – по концентрическим окружностям.
Принимая шаг трубок , угол между осями трубной системы и коэффициент использования трубной решетки , определяем диаметр корпуса:
Определяем также диаметр корпуса по табл. 1–35 и рис. 1 при ромбическом размещении трубок.
Для числа трубок находим в табл. 1-35 значение и, следовательно, .
Диаметр корпуса составит (рис 1):
где dН – наружный диаметр трубки,
k – "зазор" между периферийной трубкой и диаметром корпуса (рис. 1) .
Принимаем для корпуса подогревателя трубу диаметром мм.
Приведенное число трубок в вертикальном ряду:
Определяем коэффициент теплоотдачи от пара к стенке. Температурный напор:
Средние температуры воды и стенки (для стенки значение температуры ориентировочное, впоследствии она будет пересчитана и уточнена при необходимости):
Режим течения пленки конденсата определяем по приведенной длине трубки (критерий Григулля) для горизонтального подогревателя, равной:
где m - приведенное число трубок в вертикальном ряду, шт.; - наружный диаметр трубок, м;
- температурный множитель, значение которого выбирается по таблице значения температурных множителей в формулах для определения коэффициентов теплоотдачи.
При имеем , тогда
,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:
.
При по таблице находим множитель тогда
Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки к воде. Режим течения воды в трубках турбулентный, так как Re для ламинарного потока должен быть ≤ 2300.
где коэффициент кинематической вязкости воды (по справочнику, табл. стр.44)
, при средней температуре воды t=83,4° С.
Коэффициент теплоотдачи три турбулентном движении воды внутри трубок
где множитель при t=83,4° С по таблице; в данном случае
Расчетный коэффициент теплопередачи (с учетом дополнительного теплового сопротивления dз/lз) определяем по формуле для плоской стенки , так как ее толщина меньше 2,5 мм:
Уточненное значение температуры стенки трубок
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).
- уравнение теплопередачи через плоскую стенку, отсюда расчетная поверхность нагрева:
Q - производительность, Вт; К - коэффицент теплопередачи, ;
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 , числом рядов трубок по вертикали m = 8. Основные размеры подогревателя приведены в табл. 1-23 б.
Уточним скорость течения воды в трубках подогревателя:
Поскольку активная длина трубок l=1600 мм, длина хода воды
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:
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):
Уточняем критерий Рейнольдса Re:
Значения lT=f(Re) для гидравлически гладких труб найдем, используя табл. 1–2, по известной величине Re находим .
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 |
|
|
Вход в трубки |
|
|
Выход из трубок |
|
|
Поворот на 180° |
|
|
Выход из камеры |
|
|
Итого Sx |
9,5 |
Потеря давления в подогревателе (при условии )
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 , , коэффициент теплопроводности стали , ).
Расходы сетевой воды в трубках и воды, нагреваемой в межтрубном пространстве:
где теплоемкость воды
, (), ,
,
Площадь проходного сечения трубок (при заданной в условии расчета скорости течения воды в трубках ):
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:
=6,7/(3600*0.00507)=0.37 м/с.
=16/(3600*0.0122)=0.37 м/с.
Эквивалентный диаметр для межтрубного пространства
=
Средняя температура воды в трубках и между трубками:
При этой температуре температурный множитель, необходимый для дальнейших расчетов (по таблице 1-1 A5T »2960);
(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
Страницы: 1, 2
