Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Орский гуманитарно-технологический институт (филиал)
ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет»
механико-технологический факультет
кафедра электроснабжения и энергообеспечения
РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
по дисциплине «Тепломассообменное оборудование предприятий»
ОГТИ 140106.19
Руководитель:
______________ Елыкова А.Р.
«____»______________2006 г.
Исполнитель:
студент группы ЭО-41
______________ Словцов А.Е.
«____»______________2006 г.
Орск 2006
Задача 1
Произвести тепловой расчёт секционного кожухотрубного водо-водяного теплообменного аппарата (схема противоток).
1 Исходные данные
Теплопроизводительность водоподогревателя
Начальная температура греющей воды
Начальная температура нагреваемой воды
Конечная температура нагреваемой воды
Рис. 1. Общий вид горизонтального секционного кожухотрубного
теплообменника с опорами-турбулизаторами
Рис. 2. Конструктивные размеры теплообменника
1 - секция; 2 - калач; 3 - переход; 4 - блок опорных перегородок;
5 - трубки; 6 - перегородка опорная; 7 - кольцо; 8 - пруток;
2 Тепловой расчёт секционного кожухотрубного водо-водяного теплообменного аппарата (схема противоток)
2.1 Максимальный расход нагреваемой воды, проходящей через водоподогреватель
где с2
– удельная теплоёмкость нагреваемой воды, кДж/(кг ·0
С).
Удельная теплоёмкость нагреваемой воды при температуре
(1, прил. 9)
2.2 Необходимое сечение трубок водоподогревателя при скорости нагреваемой воды в трубках ωтр
= 1 м/с
где ρ2
– плотность нагреваемой воды, кг/м3
.
Плотность нагреваемой воды при температуре
(2, табл. 1.4)
По табл. 1 прил. 7 СП 41 – 101 – 95 и полученной величине необходимого сечения трубок водоподогревателя подбираем тип водоподогревателя со стандартными характеристиками.
Таблица 1 – Характеристики водоподогревателя
| Величина |
Обозначение |
Ед. измер. |
Значение |
|
| Наружный диаметр корпуса секции |
DH
|
м |
57 |
|
| Число трубок в секции |
n |
шт |
4 |
|
| Площадь сечений межтрубного пространства |
fмтр
|
м2
|
0,00116 |
|
| Площадь сечения трубок |
fтр
|
м2
|
0,00062 |
|
| Эквивалентный диаметр межтрубного пространства |
dэкв
|
м |
0,0129 |
|
| Коэффициент теплопроводности трубок |
λст
|
Вт/(м·0
|
105 |
|
| Поверхность нагрева одной секции |
при длине секции 2м |
fсек
|
м2
|
0,37 |
| Тепловая производительность одной секции |
Система из гладких труб длиной 2м (исполнение 1 ) |
Qсек
|
кВт |
8 |
| Размер трубки |
|
мм |
|
(3, табл. 7.1)
2.3 Скорость воды в трубках при двухпоточной компоновке
2.4 Температура греющей воды на выходе из водоподогревателя
Принимаем температуру греющей воды на выходе из водоподогревателя
2.5 Максимальный расход греющей воды, проходящей через водоподогреватель
где с1
– удельная теплоёмкость греющей воды, кДж/(кг·0
С).
Удельная теплоёмкость греющей воды при температуре
(1, прил. 9)
2.6 Скорость воды в межтрубном пространстве при двухпоточной компоновке
где ρ1
– плотность греющей воды, кг/м3
.
Плотность греющей воды при температуре
(2, табл. 1.4)
2.7 Средняя температура греющей воды
2.8 Средняя температура нагреваемой воды
2.9 Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке трубки
2.10 Коэффициент теплоотдачи от стенки труб к нагреваемой воде
2.11 Коэффициент теплопередачи водоподогревателя
где φ – коэффициент эффективности теплообмена;
β – коэффициент, учитывающий накипь и загрязнение поверхности труб в зависимости от свойств воды;
а – толщина стенки трубы, м.
λст
= 105 Вт/(м·0
С); φ = 1,2; β = 0,92; а = 0,001 м (3,прил. 7)
2.12 Среднелогарифмическая разность температур между нагреваемой и греющей водой в водоподогревателе
2.13 Требуемая поверхность нагрева водоподогревателя
2.14 Число секций водоподогревателя
Принимаем 6 секций в одном потоке.
Действительная поверхность нагрева одного потока
Рис.3. Изменения температур теплоносителей
по поверхности аппарата
2.15 Выбор теплообменного аппарата
По полученной действительной поверхности нагрева водоподогревателя выбираем горизонтальный теплообменный многоходовой кожухотрубный аппарат для систем горячего водоснабжения в ИТП при двухпоточной схеме.
Таблица 2 – Техническая характеристика ТМПГ 76×2 –1,0 – 5 – УЗ
| Величина |
Ед. измер. |
||
| Тепловая мощность |
кВт |
270 |
|
| Площадь поверхности нагрева |
м2
|
3,25 |
|
| Число ходов (секций) |
шт |
5 |
|
| Площадь сечения |
трубок |
м2
|
0,00108 |
| межтрубного пространства |
м2
|
0,00233 |
|
| Размер трубки, |
мм |
|
|
| Эквивалентный диаметр |
мм |
0,0164 |
|
| Наружный диаметр корпуса секции |
мм |
500 |
|
| Габариты, a×l×h |
мм |
0,55 × 2,51 × 0,73 |
|
| Масса одного блока |
кг |
350 |
|
| Потери давления |
по трубкам |
кПа |
20 |
| по межтрубному пространству |
кПа |
29 |
|
| Максимальный расход нагреваемой воды |
м3
|
6,7 |
|
| Коэффициент теплопередачи |
Вт/(м2
|
5180 |
(3, табл. 7.4)
3 Тепловой расчёт пластинчатого водо-водяного теплообменного аппарата (схема противоток).
Величины расходов и температуры теплоносителей
на входе и выходе из водоподогревателя принимаются такими же, как и в предыдущем расчёте.
3.1 Оптимальное соотношение числа ходов для греющей и нагреваемой среды
Прини
маем располагаемую разность давлений греющей и нагреваемой воды
DР1
=
40 кПа; DР2
=
1
20 кПа
Соотношение ходов не превышает 2, следовательно, принимается симметричная компоновка теплообменника.
Рис. 1. Симметричная компоновка пластинчатого теплообменника
3.2 Тип и техническая характеристика пластины
Выбираем тип пластины – 0,6р.
Таблица 2 – Техническая характеристика пластины
| Показатель |
Ед. измер. |
Тип пластины – 0,6р |
| Габариты, l × h × a |
мм |
1370 ×300×1 |
| Поверхность теплообмена |
м2
|
0,3 |
| Вес (масса) |
кг |
3,2 |
| Эквивалентный диаметр канала |
м |
0,008 |
| Площадь поперечного сечения канала |
м2
|
0,0011 |
| Смачиваемый периметр в поперечном сечении канала |
м |
0,66 |
| Ширина канала |
мм |
150 |
| Зазор для прохода рабочей среды в канале |
мм |
4 |
| Приведённая длина канала |
м |
1,12 |
| Площадь поперечного сечения коллектора (угловое отверстие на пластине) |
м2
|
0,0045 |
| Наибольший диаметр условного прохода присоединяемого штуцера |
мм |
65 |
| Коэффициент общего гидравлического сопротивления |
− |
|
| Коэффициент гидравлического сопротивления штуцера |
− |
1,5 |
| Коэффициент теплопроводности пластины |
Вт/(м·0
|
16 |
| Коэффициент А |
− |
0,368 |
| Коэффициент Б |
− |
4,5 |
(3, прил. 8.1)
3.3 Требуемое количество каналов по нагреваемой воде при оптимальной скорости воды в каналах ω2
= 0,4 м/с
где fк
– площадь поперечного сечения канала, м2
.
Количество каналов по нагреваемой воде принимаем равным 1.
3.4 Общее живое сечение каналов в пакете по ходу греющей и нагреваемой воды
Компоновка водоподогревателя симметричная, то есть m1
= m2
.
3.5 Фактическая скорость греющей воды
3.6 Фактическая скорость нагреваемой воды
3.7 Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке пластины
А = 0,368
3.8 Коэффициент тепловосприятия от стенки пластины к нагреваемой воде
3.9 Коэффициент теплопередачи
λст
= 16 Вт/(м·0
С); β = 0,82; а = 0,001 м (3, прил. 8)
3.10 Требуемая поверхность нагрева водоподогревателя
3.11 Число ходов водоподогревателя
Принимаем 7 ходов.
Действительная поверхность нагрева
Задача 2
Произвести расчёт двухступенчатой смешанной схемы теплоснабжения потребителей и ИТП.
1 Исходные данные
Теплопроизводительность водоподогревателя
Температурный график – 130/70 ºС
2. Расчет двухступенчатой смешанной схемы
2.1. Первая ступень
| Температура греющей воды на входе , ºС |
41 |
| Температура греющей воды на выходе, ºС |
39 |
| Температура нагреваемой воды на входе , ºС |
15 |
| Температура нагреваемой воды на выходе, ºС |
29 |
| Расход нагреваемой воды , кг/час |
2098 |
| Расход греющей воды, кг/час |
16935 |
| Теплопроизводительность, кВт |
34 |
| <
p style="text-align:center;">Обозначение подогревателя по гост
|
Фактическая поверхность нагрева, кв.м. |
Расчетная поверхностннагрева, кв.м. |
Потеря напора в трубах , Па |
fi
м. / с. |
Число секций, штук |
Потеря напора в межтрубном пространстве, Па |
| 2-х метровые |
||||||
| 57*2000-Р – ЗТУ 400-28-429-82Е 1.0 / 4.06 2 |
1 |
1.1 |
12469 |
1.0 / 0.94 |
3 |
473841 |
| 75*2000-Р – ЗТУ 400-28-429-82Е 1.0 / 2.02 22 |
2 |
1.6 |
4109 |
0.9 / 0.54 |
3 |
127632 |
| 88*2000-Р – ЗТУ 400-28-429-82Е 1.0 / 1.64 25 |
3 |
2.7 |
1400 |
0.6 / 0.32 |
3 |
67534 |
| 114*2000-Р – ЗТУ 400-28-429-82Е 1.0 / 0.94 2 |
5 |
5.2 |
558 |
0.4 / 0.20 |
3 |
23943 |
| 168*2000-Р – ЗТУ 400-28-429-82Е0.9 / 0.39 26 |
14 |
10.8 |
197 |
0.3 / 0.10 |
4 |
5158 |
| 219*2000-Р – ЗТУ 400-28-429-82Е 0.6 / 0.23 4 |
18 |
17.1 |
49 |
0.3 / 0.6 |
3 |
1370 |
| 273*2000-Р – ЗТУ 400-28-429-82Е 0.4 / 0.15 12 |
30 |
26.7 |
17 |
0.3 / 0.3 |
3 |
577 |
| 325*2000-Р – ЗТУ 400-28-429-82Е 0.3 / 0.11 11 |
41 |
37.1 |
9 |
0.3 / 0.3 |
3 |
251 |
| 57*2000-Р –2 ЗТУ 400-28-406-88Е 1.0 / 4.06 3 |
9 |
8.3 |
956 |
0.3 / 0.9 |
23 |
11120764 |
| 75*2000-Р –2 ТУ 400-28-406-88Е 1.0 / 2.02 3 |
1 |
1.3 |
2739 |
0.9 / 0.54 |
2 |
239685 |
| 168*2000-Р –2 ЗТУ 400-28-406-88Е 0.9 / 0.39 23 |
10 |
8.5 |
148 |
0.3 / 0.10 |
3 |
10928 |
| 4-х метровые |
||||||
| 168*4000-Р – 2ТУ 400-28-429-8Е 0.9 / 0.39 28 |
14 |
10.8 |
159 |
0.3 / 0.10 |
2 |
3162 |
| 75*4000-Р –1ТУ 400-28-406-88Е 1.0 / 2.02 4 1 . 0 / 2 . 02 3 |
1 |
1.3 |
2212 |
0.9 / 0.54 |
1 |
119843 |
2.2 Вторая ступень
| Температура греющей воды на входе (ºС) |
70 |
| Температура греющей воды на выходе (ºС) |
41 |
| Температура нагреваемой воды на входе (ºС) |
29 |
| Температура нагреваемой воды на выходе (ºС) |
65 |
| Расход нагреваемой воды (кг/час) |
2098 |
| Расход греющей воды (кг/час) |
2604 |
| Теплопроизводительность (кВт) |
88 |
| Обозначение подогревателя по гост |
Фактическая поверхность нагрева, кв.м. |
Расчетная поверхность нагрева, кв.м. |
Потеря напора в трубах, Па |
fi
м./с. |
Число секцийштук |
Потеря напора в межтруб-ном пространст-ве, Па |
| 2-х метровые |
||||||
| 75*2000-Р – 19ТУ 400-28-429-82Е 0.9 / 0.31 2 |
12 |
12.1 |
26025 |
1.0 / 0.54 |
19 |
19118 |
| 168*2000-Р – 3ЗТУ 400-28-429-82Е 0.3 / 0.6 2 |
112 |
109.7 |
1623 |
0.3 / 0.10 |
33 |
1006 |
| 219*2000-Р – 29ТУ 400-28-429-82Е 0.3 / 0.3 2 |
171 |
168.2 |
478 |
0.3 / 0.6 |
29 |
313 |
| 273*2000-Р – ЗТУ 400-28-429-82Е 0.3 / 0.02 1 |
240 |
237.1 |
136 |
0.3 / 0.3 |
24 |
109 |
| 75*2000-Р –15ТУ 400-28-406-88Е 0.9 / 0.31 2 |
10 |
9.6 |
20546 |
1.0 / 0.54 |
15 |
42516 |
| 114*2000-Р –15ТУ 400-28-406-88Е 0.6 / 0.23 2 |
27 |
26.3 |
2792 |
0.6 / 0.20 |
15 |
7694 |
| 168*2000-Р –2 5ТУ 400-28-406-88Е 0.3 / 0.6 1 |
87 |
86.0 |
1229 |
0.3 / 0.10 |
25 |
2154 |
| 219*2000-Р – 24ТУ 400-28-406-88Е 0.3 / 0.3 3 |
138 |
133.8 |
435 |
0.3 / 0.6 |
24 |
538 |
| 273*2000-Р – 19ТУ 400-28-406-88Е 0.3 / 0.2 4 |
195 |
187.2 |
108 |
0.3 / 0.3 |
19 |
206 |
| 325*2000-Р –18ТУ 400-28-406-88Е 0.3 / 0.2 3 |
256 |
250.1 |
53 |
0.3 / 0.3 |
18 |
93 |
| 4-х метровые |
||||||
| 57*4000-Р – 11ТУ 400-28-429-82Е 1.0 / 0.62 6 |
8 |
7.8 |
73.816 |
1.0 / 0.94 |
11 |
54090 |
| 75*4000-Р – 10ТУ 400-28-429-82Е 0.9 / 0.31 8 |
13 |
12.1 |
22115 |
1.0 / 0.54 |
10 |
12424 |
| 88*4000-Р –8ТУ 400-28-429-82Е 1.0 / 2.02 7 1 . 0 / 2 . 02 3 |
18 |
16.7 |
6030 |
0.8 / 0.32 |
8 |
5853 |
| 114*4000-Р –8ТУ 400-28-429-82Е 0.5 / 0.14 7 |
35 |
33.2 |
3005 |
0.6 / 0.20 |
10 |
2421 |
| 273*4000-Р –12ТУ 400-28-429-82Е 0.3 / 0.02 3 |
244 |
237.1 |
110 |
0.3 / 0.3 |
12 |
68 |
| 325*4000-Р –12ТУ 400-28-429-82Е 0.3 / 0.02 6 |
336 |
316.1 |
57 |
0.3 / 0.3 |
12 |
30 |
| 75*4000-Р –8ТУ 400-28-406-88Е 0.9 / 0.31 10 |
11 |
9.6 |
17692 |
1.0 / 0.54 |
8 |
22675 |
| 88*4000-Р –8ТУ 400-28-406-88Е 0.7 / 0.22 7 |
15 |
14.0 |
7673 |
0.9 / 0.36 |
8 |
11512 |
| 114*4000-Р –8ТУ 400-28-406-88Е 0.5 / 0.14 9 |
29 |
26.3 |
2404 |
0.6 / 0.20 |
8 |
4103 |
| 168*4000-Р –13ТУ 400-28-406-88Е 0.3 / 0.6 6 |
91 |
86.0 |
1032 |
0.3 / 0.10 |
13 |
1120 |
| 219*4000-Р –12ТУ 400-28-406-88Е 0.3 / 0.03 3 |
138 |
133.8 |
351 |
0.3 / 0.6 |
12 |
269 |
| 273*4000-Р –10ТУ 400-28-406-88Е 0.3 / 0.02 10 |
206 |
187.2 |
92 |
0.3 / 0.03 |
10 |
108 |
| 325*4000-Р –9ТУ 400-28-406-88Е 0.3 / 0.02 |
256 |
250.1 |
43 |
0.3 / 0.03 |
9 |
0 |
Примечание.
Расчет произведен с учетом снижения теплоотдачи в переходной области
fi
= 0,464·ln(Re) – 3.28 [fi
= 0.35 (при Re<2300), fi
= 1 (при Re>10000)]
Список используемой литературы
1 Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов. – 7-е изд., стереот. – М.: Издательство МЭИ, 2001. – 472 с.: ил.
2 Манюк В.И., Каплинский Я.И., Хиж Э.Б. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей: Справочник. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1988. – 432 с.: ил.
3 Проектирование тепловых пунктов СП 41-101-95.