Тепловой расчет

Автор: Пользователь скрыл имя, 11 Января 2011 в 21:55, курсовая работа

Описание работы

Цель теплового расчета – определение необходимой площади теплопередающей поверхности, соответствующей при заданных температурах оптимальным гидродинамическим условиям процесса и выбор стандартизованного теплообменника

Работа содержит 1 файл

расчет.doc

— 1,019.00 Кб (Скачать)

 
    1. Тепловой  расчет
 
 

                Цель теплового  расчета – определение необходимой  площади теплопередающей поверхности, соответствующей при заданных температурах оптимальным гидродинамическим условиям процесса и выбор стандартизованного теплообменника [1].

         Из  основного уравнения теплопередачи: 

           ,                                                         (1) 

          где F – площадь теплопередающей поверхности, м2;

          Q – тепловая нагрузка аппарата, Вт;

          K – коэффициент теплопередачи,  ;

            – средний температурный  напор, К. 
     
     

          
    1. Определение тепловой нагрузки аппарата

   

        В рассматриваемой задаче нагревание воды осуществляется в горизонтальном теплообменнике теплотой конденсирующего пара, поэтому тепловую нагрузку определим по формуле [6]: 

          

    ,                                                                      (2)

          

         где Gхол – массовый расход воды, кг/с, ;

          Схол – средняя удельная теплоемкость воды, Дж/(кг×К);

          Тк, Тн – конечная и начальная температуры воды, К; 
     

            – коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду при нагревании, = 1,05.

         Средняя температура воды:   

          

     0С ,

         Этому значению температуры соответствует

 

          

          

    .

    Тогда Вт, с учетом потери     Вт.  
     

      1.2 Определение расхода  пара и температуры  его насыщения 

         Расход  пара определим из уравнения:

                                        ,                                                                               (3) 

          где D – расход пара, кг/с;

            r – скрытая теплота конденсации пара, Дж/кг.

    По [2, прил. LVII] при Рп = 0,3 МПа, r = 2171×103 Дж/кг, Тк = 133 0С.

         Из  формулы (3) следует, что 

          

     кг/с. 
     
     
     
     

      1.3 Расчет температурного  режима теплообменника 
 

         Цель  расчета – определение средней  разности температур и средних температур теплоносителей tср1 и tср2. Для определения среднего температурного напора составим схему движения теплоносителей. 

           Тн = 191,7 0С  Пар  Тк = 191,7 0С

          

        tк = 96 0С     Вода   tн = 40 0С

          ________________________

           0С         0С 

        Так как  , то 0С.

         Температура пара в процессе конденсации не изменяется, поэтому    tср1 = Тп = 191,7 0С, а средняя температура воды : tср 2 = tср 1- tср = 191,7-123,7=68 0С. 
     
     
     
     
     
     

    1. Выбор теплофизических  характеристик теплоносителей
 
 

         Теплофизические свойства теплоносителей определяем при  их средних температурах и заносим  в таблицу 1. 

                                                                                                    Таблица 1

                                 Теплофизические свойства теплоносителей 

    
Пространство  и процесс Физические  величины Обозна-чения Числовые значения Ссылка на источник
1 2 3 4 5
Межтрубное  пространство, конденсация пара Средняя температура пара, °C t ср 1 133 2, табл. ХХХIХ
Плотность пара, кг/м3  
ρ1
 
 
932,3
Удельная  теплоемкость пара, Дж/(кг·К) С1 4,27∙103
Теплопроводность  пара, Вт/(м·К)  
λ1
 
 
68,57·10-2
Динамическая  вязкость пара, Па·с μ1 207,2·10-6
Кинематическая  вязкость пара, м2 ν 0,2218·10-6
Число Прандтля Pr1 1,293
Трубное пространство, нагревание воды Средняя температура  воды, 0С t ср 2 53 2,табл  ХХХIХ
Плотность воды, кг/м3  
ρ
 
 
985,5
Удельная  теплоемкость воды, Дж/(кг·К) С2 4,18∙103
Теплопроводность воды, Вт/(м·К)  
λ2
 
 
65,35·10-2
Динамическая  вязкость воды, Па·с μ 509,5·10-6
Кинематическая  вязкость воды, м2 ν2 0,4465·10-6
Число Прандтля Pr2 3,26
 

     
 
 
 
 
 
 
 
 

    1.5 Ориентировочный  расчет площади  поверхности аппарата.

    Выбор конструкции аппарата 
 

         Ориентировочным расчетом называется расчет площади  теплопередающей поверхности по ориентировочному значению коэффициента теплопередачи К, выбираемому из [1, табл. 1.3]. Принимаем К= 800 Вт/(м2×К), поскольку теплота передаётся от конденсирующего пара к воде, тогда ориентировочное значение площади аппарата по формуле (1) 

                       м2. 

         Так как в аппарате горячим теплоносителем является пар, то для обеспечения высокой интенсивности теплообмена со стороны воды, необходимо обеспечить турбулентный режим движения и скорость течения воды в трубках аппарата. Принимаем число Рейнольдса Re = 12000.

         Для изготовления теплообменника выберем  трубы стальные бесшовные диаметром 25х2 мм.

         Необходимое число труб в аппарате n, обеспечивающее такую скорость, определим из уравнения: 

                     ,                                                                          (4) 

    где  n – количество труб в аппарате, шт.;

           d – внутренний диаметр труб, м;

           G – массовый расход воды, кг/с;

          - динамическая вязкость, Па·с;

           Re – число Рейнольдса.

      

     Из  формулы (4):

 шт. 
 

         Такому  числу труб  n = 39 шт. и площади поверхности аппарата F = 18,3 м2 по [1, табл. 1.8] ГОСТ 15118-79 и ГОСТ 15122-79 наиболее полно отвечает кожухотрубчатый двухходовой теплообменник диаметром 325 мм, с числом труб 28 в одном ходе, длиной теплообменных труб 4000 мм и площадью поверхности F = 17,5 м2.

      Проверим скорость движения воды в трубах аппарата:

 м/с. 

         Значение  скорости находится в рекомендуемых  пределах, поэтому выбор конструкции  аппарата закончен. 
     

     1.6 Приближенный расчет  коэффициентов теплоотдачи  и 

коэффициента теплопередачи 
 

         Приближенным  расчетом называется расчет коэффициентов и К по формулам, не учитывающим влияние температуры стенки теплопередающей поверхности на интенсивность теплоотдачи [1].

         Коэффициент теплоотдачи при конденсации  водяного пара на пучке вертикальных труб без учета температуры стенки рассчитывается по формуле [1, с. 24]:

                            

          ,                                                    (5)

   где G – массовый расход конденсирующегося пара, G = 6,24·10-1 кг/с;

            n – число труб в аппарате с наружным диаметром d, шт;

       – теплопроводность, плотность  и вязкость конденсата при  температуре конденсации. 

   По  формуле (5)

          

     
    .
     

   Режим движения воды в трубках аппарата: 

          

     – турбулентный, так как  Re>104. 

         Для расчета процесса теплоотдачи в  закрытых каналах при турбулентном режиме движения и умеренных числах Прандтля (Рr  < 80) рекомендуется уравнение [1, с. 23]:

          

    ,                                                       (6)

   где – критерий Нуссельта;

      – критерий Рейнольдса;

      – критерий Прандтля;

          – отношение, учитывающее влияние  направления            теплового потока (нагревание или охлаждение) на интенсивность теплоотдачи.  

     Отношение принимаем равным 1, тогда по формуле (6): 
 

           , а

                  . 

         Принимаем тепловую проводимость загрязнений со стороны греющего пара [2, табл. ХХХI]:

, 

     а со стороны воды [2, табл. ХХХI]:

,

,

.

     Тогда 

     или , 

    где – сумма термических сопротивлений всех слоев, из которых состоит стенка, включая слои загрязнений. 

         Так как теплообменная трубка тонкостенная (dвн > ), то для расчета коэффициента теплопередачи применяют формулу для плоской стенки

,                                                      (7) 

     где – коэффициенты теплопередачи со стороны пара и воды,

      ;

      – сумма термических сопротивлений.

   По  формуле (7)

          

    . 

   Расчетная площадь поверхности теплообмена  по формуле (1):

               м2. 

         Площадь поверхности теплообмена выбранного теплообменного аппарата F=17,5 м2 , что отвечает требуемой поверхности, т.е. для выполнения уточненного расчета оставляем ранее выбранный в ориентировочном расчете аппарат. 
     

          1.7  Уточненный расчет  коэффициентов теплоотдачи.  Окончательный выбор теплообменного аппарата 
     

         Уточненным  называется расчет коэффициентов теплоотдачи с учетом температуры стенки.

         Расчет  температуры стенки ведем методом  последовательных приближений. 
     

          Первое  приближение. 

         Задаемся  значением температуры стенки со стороны пара, равным = 1000С.

         Расчет  коэффициента теплоотдачи при конденсации пара с учетом температуры стенки на пучке вертикальных труб будем вести по формуле    [1, с. 24]:

                       ,                                                                     (8)                  

    где , , , - плотность, теплопроводность, удельная теплота                                                                                                                                                               конденсации, динамическая вязкость пленки при ;                                                                                                                                  - разность температур стенки и конденсирующегося пара;            

Информация о работе Тепловой расчет