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
| Диаметр кожуха, мм |
Диаметр труб, мм |
Число ходов |
Общее число труб, шт. |
Поверхность теплообмена(в м2
|
Площадь сечения потока 10-2
|
Площадь сечения одного хода по трубам, 10-2
|
|
| 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 расчет 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 нагреваем
(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 ка
талогом ЦИНТИхимнефтемаш (М., 1
990) в
ыпускаются 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 ти
ре – толщина пластины, далее – площад
ь поверхности теплообмена аппарата (м2
),
затем – конструкти
вное исполнение (в соответствии с табл. 1 Приложения 2), марка материала плас
тины и марка матери
ала 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 т
ипа 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 в
одоснабжения 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.