Развитие силовых установок во всех
областях техники в настоящее время характеризуется резким увеличением мощности
в одном агрегате, повышением эффективного к.п.д. установок. Успешное решение
этих задач не возможно без применения совершенных теплообменных устройств.
В зависимости от назначения аппараты
используют как нагреватели и как охладители. Теплообменники по способу передачи
теплоты подразделяют на поверхностные, где отсутствует непосредственный контакт
теплоносителей, а передача тепла происходит через твёрдую стенку, и
смесительные где теплоносители контактируют непосредственно. Поверхностные
теплообменники в свою очередь подразделяются на рекуперативные и
регенеративные, в зависимости от одновременного или поочерёдного контакта
теплоносителей с разделяющей их стенкой.
Рекуперативными называют
теплообменники, в которых теплообмен между теплоносителями происходит через
разделяющую их стенку. Они могут работать как в непрерывном, так и в
периодических режимах. Большинство рекуперативных теплообменников работают в
непрерывном режиме.
Кожухотрубчатые теплообменники
получили наибольшее распространение, они предназначены для работы с
теплоносителями жидкость-жидкость, газ-газ и представляют собой аппараты
выполняемые из пучков труб. По количеству ходов все кожухотрубчатые
теплообменники делят на: одна, двух, четырёх и шестиходовые.
Пластинчатые теплообменники имеют
плоские параллельные поверхности теплообмена, которые образуют каналы для прохода
теплоносителей. Такие теплообменники применяют для теплоносителей с примерно
равными коэффициентами теплоотдачи. Для интенсивности процесса теплообмена и
для увеличения площади поверхности теплообмена пластинам придают различный
профиль.
Выполнение курсовой работы по курсу «Тепломассообмен»
позволит закрепить знания по основным разделам дисциплины.
Курсовая работа состоит из расчётной
части и графической и выполняется по следующим разделам:
1. Тепловой конструктивный расчёт
рекуперативного кожухотрубчатого теплообменника.
2. Тепловой расчёт пластинчатого
теплообменника.
1.
ТЕПЛОВОЙ КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ РЕКУПЕРАТИВНОГО КОЖУХОТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА
Кожухотрубчатые теплообменные аппараты могут использоваться в качестве
теплообменников, холодильников, конденсаторов и испарителей. Теплообменники предназначены
для нагрева и охлаждения, а холодильники для охлаждения (водой или другим нетоксичным, непожаро- и
невзрывоопасным хладагентом) жидких и газообразных сред. Кожухотрубчатые теплообменники
могут быть следующих типов: ТН – теплообменники с неподвижными трубными
решетками; ТК – теплообменники с температурными компенсаторами на кожухе и жестко
закрепленными трубными решетками; ТП – теплообменники с
плавающей головкой, жестким кожухом и жестко закрепленной трубной решеткой; ТУ
– теплообменники с U-образными трубками, жестким кожухом и жестко закрепленной трубной решеткой; ТС – теплообменники
с сальником на плавающей головке, жестким кожухом и жестко закрепленной трубной решеткой
(рисунок 1, Приложение 1).
Наибольшая допускаемая разность температур кожуха и труб для
аппаратов типа Н может составлять 20–60 ºС, в зависимости от материала кожуха и труб,
давления в
кожухе и диаметра аппарата.
Теплообменники и холодильники могут устанавливаться горизонтально
или вертикально, быть одно-, двух-, четырех- и шестиходовыми по трубному пространству.
Трубы, кожух и другие элементы конструкции могут быть изготовлены из
углеродистой или нержавеющей стали, а трубы холодильников – из латуни.
Распределительные камеры и
крышки выполняют из углеродистой стали.
Данный расчет проводится для
определения площади поверхности теплообмена стандартного водо-водяного
рекуперативного теплообменника, в котором греющая вода поступает в трубы, нагреваемая
вода – в межтрубное пространство.
Задание:
Выполнить тепловой конструктивный расчет водоводяного рекуперативного
подогревателя производительностью Q. Температура греющего
теплоносителя на входе в аппарат ºС. Температура нагреваемого теплоносителя
на входе в теплообменник ºС, изменение
температуры нагреваемого теплоносителя в аппарате К. Массовый расход греющего теплоносителя – кг/с, нагреваемого теплоносителя – кг/с. Поверхность нагрева выполнена
из труб диаметром мм.
Трубы в трубной
решетке расположены по вершинам равносторонних треугольников. L – длина труб,
предварительно принимается равной 3,0 м. Схема движения теплоносителей – противоток. Материал труб теплообменного
аппарата выбирается в соответствии с вариантом. Потерями тепла в окружающую среду пренебречь.
1.1 Расчет количества передаваемого тепла
Уравнение
теплового баланса для теплообменного аппарата имеет вид:
(1.1)
где – количество
теплоты в единицу времени, отданное греющим теплоносителем, Вт;
– количество теплоты в единицу времени, воспринятое нагреваемым
теплоносителем, Вт;
– потери теплоты в окружающую среду, Вт.
Так как по условию, то
количество передаваемого тепла в единицу времени через поверхность нагрева
аппарата, Вт, ([7]):
(1.2)
где и – средние
удельные массовые теплоёмкости греющего и агреваемого теплоносителей, в
интервале изменения температур от до и от до ,
соответственно, кДж/кг ×К.
Температура
нагреваемого теплоносителя на выходе из теплообменника, ºС, ([7])
(1,3)
(ºС)
Средняя
температура нагреваемого теплоносителя, ºС:
(1.4)
(ºС)
По температуре определяется значения методом линейной интерполяции ([3])
(кДж/кг ×К)
Количество теплоты в единицу времени, воспринятое нагреваемым теплоносителем, Вт, ([7]):
(1.5)
(кВт)
Методом линейной интерполяции определяется средняя удельная массовая теплоёмкость греющего
теплоносителя при температуре
(кДж/кг ×К)
Для условия, , определяется температура греющего теплоносителя на выходе из
теплообменника, ºС:
, (1.6)
(ºС)
Средняя
температура греющего теплоносителя, ºС, ([7]):
(1.7)
(ºС)
По температуре определяется значения . Уточняется количество теплоты, отданное греющим теплоносителем в
единицу времени, Вт, ([7]):
(1.8)
(кВт).
Величина относительной погрешности, %
, % (1.9)
%.
1.2 Определение интенсивности процессов теплообмена
В основу расчёта коэффициентов теплоотдачи между теплоносителями и
поверхностью стенки положены критериальные уравнения, полученные в результате
обработки многочисленных экспериментальных данных и их обобщения на основе теории подобия.
1.2.1 Расчёт
интенсивности теплоотдачи со стороны греющего теплоносителя
По
среднеарифметическому значению температуры определяются значения физических
свойств греющего теплоносителя:
– плотность,
кг/м³, (кг/м³);
–
кинематический коэффициент вязкости, м²/с, (м²/с);
– коэффициент
теплопроводности, Вт/(м· К), (Вт/(м· К));
– критерий
Прандтля, .
В первом приближении температура стенки, ºС:
(1.10)
(ºС)
По определяется
,
Критерий Рейнольдса для потока греющего теплоносителя, ([7]):
(1.11)
где – средняя
скорость греющего теплоносителя, м/с, ([7], стр.6) , (м/с).
В результате сравнения вычисленного значения = с критическим
числом = 2300
устанавливаем, что режим течения жидкости турбулентный и выбираем критериальное
уравнение для расчета числа Нуссельта. Интенсивность теплоотдачи в круглых
трубках зависит от режима движения теплоносителя.
При турбулентном режиме течения жидкости (Re > 2300) в круглых
трубах и каналах число Нуссельта определяется по критериальной зависимости, ([7]):
(1.12)
Коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке трубы,
Вт/(м²· К), ([7]):
(1.16)
(Вт/(м²· К)).
1.2.2. Расчёт
интенсивности теплоотдачи со стороны нагреваемого теплоносителя
По среднеарифметическому значению температуры определяются значения физических свойств нагреваемого теплоносителя ([3]):
– плотность теплоносителя, кг/м³, (кг/м³);
– кинематический коэффициент вязкости, м²/с, (м²/с);
– коэффициент
теплопроводности, Вт/(м· К), (Вт/(м· К));
– критерий
Прандтля,.
Число Рейнольдса для потока холодного теплоносителя, ([7]):
(1.17)
где – средняя скорость
нагреваемого теплоносителя, м/с, ([7], стр. 8), (м/с).
В результате сравнения вычисленного значения с критическим числом = 1000 выбираем критериальное уравнение, по которому подсчитывается число
Нуссельта.
При движении теплоносителя в межтрубном пространстве коэффициент теплоотдачи рассчитывают по уравнению ([7]):
(1.18)
.
За определяющий геометрический размер принимают наружный диаметр
теплообменных труб.
Коэффициент теплоотдачи от стенок трубного пучка к нагреваемому теплоносителю, Вт/(м²· К), ([7]):
(1.20)
(Вт/(м²· К)).
1.3 Определение коэффициента
теплопередачи
Если (/) < 2,
то коэффициент теплопередачи для плоской поверхности теплообмена с достаточной
точностью определяется по формуле, Вт/(м²· К), ([7]):
(1.21)
(Вт/(м²·К))
где , – термические
сопротивления слоев загрязнений с обеих сторон стенки, (м2· К)/Вт ([1]), ((м2· К)/Вт), ((м2· К)/Вт);
– толщина
стенки, м;
– коэффициент
теплопроводности материала трубок ([7], таблица
П.1.3), Вт/(м· К);
(Вт/(м· К));
Толщина стенки трубки вычисляется по формуле, ([7]):
(1.22)
(мм)
Вычисленное значение коэффициента теплопередачи сравнивается с ориентировочными
значениями k для соответствующих теплоносителей ([1]).
1.4. Определение расчетной площади поверхности теплообмена
В аппаратах с прямо- или противоточным движением теплоносителей
средняя разность температур потоков определяется как среднелогарифмическая
между большей и меньшей разностями температур теплоносителей на концах аппарата, ([7]):
(1.23)
(ºС);
где – большая
разность температур, ºС, (ºС)(см. рис1),
– меньшая
разность температур, ºС, (ºС)(см. рис1).
График изменения температур теплоносителей при противотоке, ([7], рис. П1.2)
Рис.1. Графическая зависимость для определения большей и меньшей разности
температур теплоносителей
При сложном взаимном движении теплоносителей, например при
смешанном и перекрестном токе в многоходовых теплообменниках, средняя разность температур
теплоносителей определяется с учетом поправки ([7]):
(1.24)
(ºС)
Для нахождения поправочного коэффициента вычисляются
вспомогательные коэффициенты P и R ([7]):
(1.25)
(1.26)
По полученным значениям коэффициентов P и R определяем поправочный
коэффициент ([5]).
Поверхностная плотность теплового потока, Вт/м², ([7]):
(1.28)
(Вт/м²)
Из основного уравнения теплопередачи определяется необходимая поверхность теплообмена, м², ([7]):
(1.29)
(м²)
По рассчитанной площади и заданному диаметру труб выбирается стандартный теплообменный
аппарат ([1]):
Параметры кожухотрубчатого теплообменника сварной конструкции с
неподвижными трубными решетками (ГОСТ 15118-79,ГОСТ
15120-79,ГОСТ 15122-79).
Таблица 1
кожуха, мм
мм
труб, шт.
Поверхность
теплообмена(в м2) при длине труб, м
Площадь
сечения потока 10-2 м2
Площадь
сечения одного хода по трубам, 10-2 м2
перегородок
перегородками
Пересчитываются скорости движения и критерий Рейнольдса для
греющего и нагреваемого теплоносителей, м/с, ([7]):
(1.30)
(м/с)
(1.31)
(м/с)
где – площадь
сечения одного хода по трубам, м2, (м2)
– площадь сечения межтрубного пространства между перегородками, м2, (м2)
(1.32)
(1.33)
1.5 Конструктивный расче
теплообменного аппарата
Определяется число труб в теплообменнике, ([7]):
(1.34)
(шт.)
где – площадь
поверхности теплообмена стандартного теплообменника, м2, (м2);
– длина труб
одного хода стандартного теплообменного аппарата, м, (м).
По условию трубы по сечению трубной решетки расположены по
вершинам равносторонних треугольников. Количество трубок, расположенных по
сторонам большего шестиугольника, ([7]) :
(1.35)
(шт.)
Количество трубок, расположенных по диагонали шестиугольника, ([7]):
(1.36)
(шт.).
Число рядов труб, омываемых теплоносителем в межтрубном
пространстве, приближенно можно принять равным 0,5 · b , т.е., ([7])
(1.37)
Для стандартных труб с наружным диаметром равным 20мм, размещенных по вершинам
равносторонних треугольников, при развальцовке принимают шаг между трубами ([7], стр.12) :
t = (1,31,6),
t = 1,4·20 = 28 (мм)
Рассчитанную величину шага между отверстиями в трубной решетке сравнивают со стандартными
значениями ([1])
Внутренний диаметр кожуха двухходового теплообменника, мм, ([7]):
(1.38)
(мм)
где – коэффициент
заполнения трубной решетки, принимается равным 0,6 – 0,8.
1.6 Определение температуры
поверхности стенок трубы
Термическое сопротивление теплоотдачи от греющего теплоносителя к
поверхности загрязнений, (м²· К)/Вт, ([7]):
(1.40)
((м²· К)/Вт)
Термическое сопротивление слоя отложений со стороны греющего теплоносителя, (м²· К)/Вт, ([7])
(1.41)
((м²· К)/Вт)
где – тепловая
проводимость слоя отложений со стороны греющего теплоносителя ([1]), ((м2· К)/Вт).
Термическое сопротивление стенки трубы, (м²· К)/Вт, ([7]):
(1.42)
((м²· К)/Вт)
где – толщина
стенки трубки, м, (м);
– коэффициент
теплопроводности стенки, Вт/м·К, (Вт/м·К).
Термическое сопротивление слоя отложений со стороны нагреваемого теплоносителя, (м²· К)/Вт, ([7]):
(1.43)
((м²· К)/Вт)
где – тепловая
проводимость слоя отложений со стороны нагреваемого теплоносителя, Вт/(м²· К), ([1])
(Вт/(м²· К))
Термическое сопротивление теплоотдачи от стенки загрязнений к
нагреваемому теплоносителю, (м²· К)/Вт, ([7], формула 1.44):
((м²· К)/Вт)
Аналитически температура стенок трубы определяется по формулам, ([7], формулы 1.45, 1.46):
(ºС)
(ºС)
Для проверки температуру стенки определим графическим способом, ([7], рис П.1.4).
Рис.4. Графический способ определения температуры поверхности
стенки трубы со стороны греющего и нагреваемого теплоносителей
1.7 Гидравлический расчет теплообменника
Целью гидравлического расчёта является определение величины потери
давления теплоносителей при их движении через теплообменный аппарат.
Полное гидравлическое сопротивление при движении жидкости в трубах
теплообменного аппарата определяется выражением, Па, ([7]):
(1.47)
где – гидравлическое сопротивление трения,
Па, ([7]);
– потери
давления, обусловленные наличием местных сопротивлений; складываются из
сопротивлений, возникающих в связи с изменением площади сечения потока, обтекания препятствий, Па, ([7]);
(1.48)
(Па)
где – коэффициент
трения, ([7]);
z – число ходов теплоносителя по
трубному пространству, z=2.
Коэффициент трения определяется по формуле:
(1.49)
где – относительная
шероховатость труб, ([7],стр.14);
– высота
выступов шероховатостей ,принимаем = 0,2 мм, ([7],стр.14).
Потери давления, обусловленные наличием местных сопротивлений, Па,([7]):
(1.50)
(Па)
где – сумма коэффициентов местных
сопротивлений трубного
пространства, ([7]):
(1.51)
где , – коэффициенты
сопротивлений входной и выходной камер ([1]), ,;
, – коэффициенты
сопротивлений входа в трубы и выхода из них ([1]), , ;
– коэффициент
сопротивления поворота между ходами, ([1]), .
Величина потерь давления греющего теплоносителя в теплообменном аппарате, Па,([7]):
(1.52)
(Па)
Величина потерь давления нагреваемого теплоносителя в межтрубном пространстве
теплообменника, Па, ([7]):
(1.53)
(Па)
где – сумма коэффициентов местных сопротивлений
межтрубного пространства, ([7]):
(1.54)
где , – коэффициент
сопротивления входа и выхода жидкости ([1]), ,
– коэффициент
сопротивления пучка труб, ([7]):
(1.55)
х – число сегментных перегородок ([1]);
– коэффициент,
определяющий поворот через сегментную перегородку ([1]),
1.8 Определение толщины тепловой изоляции аппарата
Тепловая изоляция представляет собой конструкцию из материалов с
малой теплопроводностью, покрывающую наружные поверхности оборудования,
трубопроводов для уменьшения тепловых потерь.
Толщину тепловой изоляции находят из равенства удельных тепловых
потоков через слой изоляции и от поверхности изоляции в окружающую среду, ([7]):
(1.56)
где – температура
изоляции со стороны окружающей среды, которая не должна превышать 45°C, согласно требований техники
безопасности, ([7],стр.16),
принимаем (°C);
– коэффициент
теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/м²·К, ([7],стр.16), принимаем = 25 (Вт/м²·К);
– температура
изоляции со стороны аппарата; ввиду незначительного термического сопротивления
стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции, принимают
равной средней температуре нагреваемого теплоносителя, °C, ([7],стр.16), принимаем (°C) ;
– температура окружающей среды; для
изолируемых поверхностей, расположенных в помещении принимается 20°С [6];
– коэффициент теплопроводности
изолятора, Вт/(м· К);
Если в качестве
изолятора принять полотно стеклянное теплоизоляционное марки ИПС-T-l000, ТУ 6-11-570-83, то
коэффициент теплопроводности изолятора [6]:
= 0,047+0,00023 tm,
(Вт/(м· К));
где tm – средняя температура теплоизоляционного слоя, °С;
На открытом
воздухе в летнее время, в помещении, в каналах, тоннелях, технических подпольях, на чердаках
и в подвалах зданий: ([7]):
tm = (1.59)
(°С)
где tw – средняя температура теплоносителя, омывающего стенку, °С.
При расчетах
задать температурный напор = (12 – 25) °С.
Толщина тепловой изоляции, м, ([7]):
(1.60)
(см)
2.ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ПЛАСТИНЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА
В пластинчатых
теплообменниках поверхность теплообмена образована набором тонких штампованных
гофрированных пластин. Эти аппараты могут быть разборными, полуразборными и
неразборными (сварными). В пластинах разборных теплообменников (рисунок 1,
Приложение 2) имеются угловые отверстия для прохода теплоносителей и пазы,
в которых
закрепляются уплотнительные и компонующие прокладки из специальных термостойких
резин. Пластины сжимаются между неподвижной и подвижной плитами таким образом, что
благодаря прокладкам между ними образуются каналы для поочередного прохода горячего и холодного
теплоносителей. Плиты снабжены штуцерами для присоединения трубопроводов.
Неподвижная плита крепится к полу, пластины и подвижная плита закрепляются в
специальной раме.
Группа пластин,
образующих систему параллельных каналов, в которых теплоноситель движется только в одном направлении (сверху вниз или наоборот),
составляет пакет. Пакет по существу аналогичен одному ходу по трубам в многоходовых кожухотрубчатых теплообменниках. На
рисунках 1 и 2 Приложения 2 даны примеры компоновки пластин. При заданном
расходе теплоносителя
увеличение числа пакетов приводит к увеличению скорости теплоносителя, что
интенсифицирует теплообмен, но увеличивает гидравлическое сопротивление. Дополнительный канал со
стороны хода нагреваемой воды предназначен для охлаждения плиты и уменьшения теплопотерь.
В соответствии с
каталогом
ЦИНТИхимнефтемаш (М., 1990) выпускаются теплообменники пластинчатые следующих типов:
полуразборные (РС) с пластинами типа 0,5Пр и разборные (Р) с пластинами типа 0,3р и 0,6р.
Технические
характеристики указанных пластин и основные параметры теплообменников,
собираемых из этих пластин, даны в таблицах 1 и 2 Приложения 2.
Допускаемые
температуры теплоносителей определяются термостойкостью резиновых прокладок.
Для теплообменников, используемых в системах теплоснабжения, обязательным
является применение прокладок из термостойкой резины, марки которой приведены в
табл. 3, приложения 2. Условное обозначение
теплообменного пластинчатого аппарата: первые буквы обозначают тип аппарата –
теплообменник Р (РС) разборный (полусварной), следующее обозначение – тип пластины, цифры после тире – толщина пластины, далее – площадь поверхности теплообмена аппарата (м2), затем – конструктивное исполнение (в соответствии с табл. 1 Приложения
2), марка материала пластины и марка материала прокладки (в соответствии с табл. 3 Приложения 2). После
условного обозначения приводится схема компоновки пластин.
Пример условного
обозначения пластинчатого разборного теплообменного аппарата: теплообменник Р 0,6р-0,8-16-1К-01 – теплообменник разборный (Р) с
пластинками типа 0,6р, толщиной 0,8 мм, площадью
поверхности теплообмена 16 м2, на консольной раме, в
коррозионно-стойком исполнении, материал пластин и патрубков – сталь 12Х18Н10Т; материал
прокладки – теплостойкая
резина 359; схема компоновки
что означает над
чертой – число каналов в
каждом ходу для греющей воды, под чертой – то же, для нагреваемой воды.
При оптимальной компоновке пластин число пакетов для горячего и
холодного
теплоносителя может быть неодинаковым. В условном обозначении схемы компоновки
число слагаемых в числителе соответствует числу пакетов (последовательных ходов) для горячего
теплоносителя, в знаменателе – для холодного; каждое слагаемое означает число
параллельных каналов в пакете.
Из
рассматриваемых трех теплообменников наиболее целесообразно применение теплообменников РС 0,5Пр, поскольку эти теплообменники надежно работают при
рабочем давлении до 1,6 МПа (16 кгс/см2). Пластины попарно сварены по контуру образуя блок. Между двумя
сваренными пластинами имеется закрытый (сварной) канал для теплофикационной
греющей воды. Разборные каналы допускают давление в них до 1 МПа.
Теплообменники типа Р 0,3р могут
применяться в системах теплоснабжения при отсутствии теплообменников типа РС 0,5Пр и параметрах теплоносителей до 1,0 МПа (до 10 кгс/см2), до 150 °С и перепаде давлений между
теплоносителями не более 0,5 МПа (5 кгс/см2).
Применение
теплообменников типа Р 0,6р (титан) в системах теплоснабжения ограничено и
допустимо только при отсутствии теплообменников РС 0,5Пр и Р 0,3р при параметрах теплоносителей не более 0,6 МПа (6 кгс/см2) до 150 °С и перепаде давлений теплоносителей не более 0,3 МПа (3 кгс/см2).
Задание:
Рассчитать однопакетный пластинчатый теплообменник для системы горячего водоснабжения ЦТП если известны параметры: нагрузка на отопление (ГВС) – Q = 1282 кВт; температуры греющей (сетевой) и
нагреваемой воды на входе и выходе теплообменника, соответственно: – °C, °C, °C, °C.
Принять равное число параллельных каналов в пакете для греющего и нагреваемого
теплоносителей.
2.1 Определение расходов и скоростей движения греющего и нагреваемого
теплоносителей
Средняя температура теплоносителей, ([7])
(2.1)
(°C)
(2.1)
(°C)
По среднеарифметическому значению температур , определяются
значения физических свойств греющего и нагреваемого теплоносителей ([3]):
, – плотность, кг/м³, (кг/м³), (кг/м³);
, –
кинематические коэффициенты вязкости, м²/с, (м²/с), (м²/с);
, – коэффициенты
теплопроводности, Вт/(м· К), (Вт/(м· К)), (Вт/(м· К));
, – критерии
Прандтля, ,
Массовые расходы теплоносителей, кг/с, ([7]):
(2.2)
(кг/с)
(2.3)
(кг/с)
(м3/ч)
По максимальному расходу выбирается тип пластин. Параметры пластин, ([7], таблица П.2.1 и П.2.2):
– толщина
стенки пластины, м, (м);
– площадь
поверхности теплообмена пластины, м2, (м2);
– площадь
поперечного сечения канала между пластинами, м2, (м2);
– смачиваемый
периметр в поперечном сечении канала, м, (м) .
Эквивалентный диаметр сечения канала, м, ([7]):
(2.4)
(м)
При расчете
пластинчатого водоподогревателя оптимальная скорость теплоносителя принимаем исходя из получения таких же
потерь давления в установке по нагреваемой воде, как при применении кожухотрубного водоподогревателя (100–150 кПа), что соответствует скорости воды в каналах (0,3 – 0,5) м/c [4], (м/c)
Число каналов в пакете, ([7]):
(2.5)
(шт.)
Скорость второго теплоносителя, м/с, ([7]):
(2.6)
(м/с)
2.2 Расчет интенсивности теплообмена при движении теплоносителей
между пластинами
Критерии Рейнольдса и Прандтля для каждого теплоносителя, ([7]):
; (2.7)
(2.7)
(2.8)
(2.8)
Определяется критерий Нуссельта для греющего и нагреваемого
теплоносителей, ([7]):
– при турбулентном режиме (Re 50):
(2.9)
(2.10)
Где, ([1])
Коэффициенты теплоотдачи от греющего теплоносителя к поверхности
стенки и от поверхности стенки к нагреваемому теплоносителю, соответственно, Вт/(м²· К), ([7]):
(2.13)
(Вт/(м²· К))
(2.13)
(Вт/(м²· К))
2.3. Определение площади поверхности теплообмена
Принимаются значения термических сопротивлений слоев загрязнений с
двух сторон стенки, , , (м2· К)/Вт; ([7], таблица П.1.2), ((м2· К)/Вт), ((м2· К)/Вт);
В качестве материала материал пластин и патрубков – сталь 12Х18Н10Т. По средней
температуре стенки определяется
коэффициент теплопроводности стенки , Вт/(м · К), ([7], таблица П.1.3), (Вт/(м · К)).
Суммарное термическое сопротивление, (м² · К)/Вт, ([7]):
(2.14)
((м² · К)/Вт)
Коэффициент теплопередачи, Вт/(м² · К), ([7]):
(2.15)
(Вт/(м² · К))
Среднелогарифмический температурный напор при противотоке возьмём из предыдущих расчетов.
Требуемая поверхность теплообмена, м²,([7]):
(2.16)
(м²)
Фактическая поверхность теплообмена, м²,([7]):
(2.17)
м²
Рассчитываем относительный запас площади поверхности теплообмена , %,([7]):
(2.18)
%
2.4.
Расчет гидравлических сопротивлений при движении теплоносителей
Рассчитаем
гидравлические сопротивления при движении нагревающего и нагреваемого теплоносителя, МПа, ([7]):
(2.19)
(МПа)
(МПа)
где – коэффициент общего гидравлического сопротивления, ([7], таблица П.2.2)
– – приведенная длина канала, м, ([7], таблица П.2.2), (м).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе
выполнения курсовой работы были получены навыки применения теоретических знаний
при решении теплотехнических задач. По расчёту и проектированию рекуперативных
теплообменных аппаратов, а также закрепил знания по основным разделам курса «Тепломассообмен».
В данной курсовой работе был
произведён тепловой конструктивный расчёт рекуперативного кожухотрубчатого
теплообменника, а также тепловой расчёт пластинчатого теплообменника.
Были выполнены
чертежи рекуперативного кожухотрубчатого теплообменника (формат А1) и
пластинчатого
рекуперативного теплообменного аппарата (формат А3).
ЛИТЕРАТУРА
1.
Дытнерский, Ю.И. Основные процессы и аппараты химической
технологии. Курсовое проектирование /Ю.И. Дытнерский, Г.С. Борисов, В.П.
Брыков. – М.: Химия, 1991. – 412 с.
2.
Копко, В.М. Пластинчатые теплообменники в системах
централизованного теплоснабжения. Курсовое и дипломное проектирование: учебное пособие. /В.М.
Копко, М.Г. Пшоник. – Мн.: БНТУ, 2005. – 199 с.
3.
Нащокин, В.В. Техническая термодинамика и теплопередача /В.В. Нащокин.
– М.: Высш. шк., 1980. – 469 с.
4.
Проектирование тепловых пунктов. СП-41-101-95.
5.
Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник /под общей
ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – Кн. 4. – 586
с.
6.
Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. СНиП 2.04.14. –
88.
7.
Тепломассообмен: метод. указания к курсовой работе по одноим. курсу для студентов специальностей 1 – 43 01 05 «Промышленная
теплоэнергетика» и 1 – 43 01 07 «Техническая
эксплуатация энергооборудования организаций» /авт.-сост.: А.В. Овсянник, М.Н. Новиков, А.В. Шаповалов. –
Гомель: ГГТУ имени П.О. Сухого», 2007. – 37 с.