РефератыПромышленность, производствоКоКожухотрубчатые теплообменные аппараты

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты

ВВЕДЕНИЕ

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


style='margin-left:12.5pt;border-collapse:collapse;border:none'>








































Диаметр
кожуха, мм
Диаметр труб,
мм
Число ходов Общее число
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














В вырезе
перегородок
Между
перегородками










3





400 20×2 2 166 31 1,7 3 1,7

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

т
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.

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Кожухотрубчатые теплообменные аппараты

Слов:3756
Символов:45724
Размер:89.30 Кб.