Расчет рекуперативного теплообменника газотурбинного двигателя
Работа из раздела: «
Физика»
СОДЕРЖАНИЕ.
Реферат 2
ЗАДАНИЕ. 3
ВВЕДЕНИЕ. 4
1. Цели и задачи курсовой работы. 4
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ПРОТИВОТОЧНОГО РЕКУПЕРАТИВНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА 5
1.Определение массовых секундных расходов теплоносителей. 5
2.Определение температурных условий работы теплообменника. 5
3. Определение коэффициентов теплоотдачи 6
4. Определение коэффициента теплопередачи 8
5. Определение площади поверхности охлаждения 8
РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ КОЖУХА ТЕПЛООБМЕННИКА. 9
4. ГИДРАВЛИЧЕСКИИ РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННИКА 11
Заключение. 13
Список использованных источников. 14
Реферат
Страниц 15, рисунков 2.
ПРОТИВОТОЧНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК, РЕКУПЕРАТОР, ТЕМПЕРАТУРА, ДАВЛЕНИЕ, МАССА,
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ РАЗМЕРЫ.
Объектом проектирования является рекуперативный теплообменник
газотурбинной наземной установки замкнутого цикла. Целью работы является
определение: величины рабочей поверхности теплообменника, температур
теплоносителя на выходе из теплообменника и количества передаваемой
теплоты.
В результате работы был спроектирован теплообменик для заданных
параметрах рабочего тела.
Расчет выполнен на стадии технического предложения.
ЗАДАНИЕ.
|Количество теплоты |Q, кДж |2 515 |
|Дополнительные тепловые потери |Qпот.доп, |2.5 |
| |кДж | |
|Температура окружающей среды |Tокр, К |283 |
|Температура воды на выходе |T”в, К |338 |
|Температура воды на входе |T’в, К |288 |
|Температура газа на выходе |T”г, К |308 |
|Температура газа на входе |T’г, К |523 |
|Давление газа |Pг, Мпа |8.5 |
ВВЕДЕНИЕ.
1. Цели и задачи курсовой работы.
Различают конструктивный и поверочный тепловой расчет теплообменного
аппарата.
Цель конструктивного расчета состоит в определении величины рабочей
поверхности теплообменника, которая является исходным параметром при его
проектировании. При этом должно быть известно количество передаваемой
теплоты или массовые расходы теплоносителей и изменение их температуры.
Поверочный расчет выполняется для теплообменника с известной величиной
поверхности.
Цель теплового расчета состоит в определении температур теплоносителя на
выходе из теплообменника и количества передаваемой теплоты. Подробно с
основными схемами теплообменных аппаратов, конструкцией и методикой их
расчета можно ознакомиться в учебной и специальной литературе [1-4].
В задании на курсовую работу необходимо, руководствуясь данной методикой,
произвести конструктивный, тепловой и гидравлический расчеты противоточного
теплообменника газотурбинной наземной установки замкнутого цикла. В ходе
расчета следует выбрать исходные конструктивные соотношения для компоновки
теплообменника. определить рабочую поверхность теплообменника. подобрать
тепловую изоляцию и основные размеры, сделать эскизную схему аппарата.
Необходимо определить затраты мощности на прокачку холодного и горячего
теплоносителей.
Учебные пособия, справочники и литература, использованные в курсовой
работе, указаны в библиографическом списке.
Конструктивная схема теплообменника представлена рис.1
Рис.1. Конструктивная схема теплообменника.
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ПРОТИВОТОЧНОГО РЕКУПЕРАТИВНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА
1.Определение массовых секундных расходов теплоносителей.
На основе уравнения теплового баланса (при отсутствии потерь тепла и
фазовых переходов теплоносителей)
где изменение энтальпии теплоносителей находится по формуле
Где Gв, Gг -массовый секундный расход теплоносителей, в котором для газа
?tг=t’г-t’’г=250-35=215 0С, для воды ?tв=t’’в-t’в=65-15=50 0С.
2.Определение температурных условий работы теплообменника.
Находим среднюю по длине теплообменника температуру жидкости (воды) при
условии, что нагрев ее в теплообменнике сравнительно мал:
Средняя по длине теплообменника температура газа
где среднелогарифмический температурный напор между теплоносителями
( рис.3)
Если то
По полученным значениям tср.в и tср. г из табл.1 и 2 (все таблицы см.
в прил.2) определяются необходимые теплофизические характеристики
теплоносителей:
Pr, ?, Cp, ?, ?, ?:
?г=Pг/RTг=8500000/287*387=76.53 кг/м3
3. Определение коэффициентов теплоотдачи
Коэффициент теплоотдачи от охлаждаемого газа к стенке трубки определяют с
учетом числа трубок, по которым он протекает, ориентировочно это число
может быть найдено по формуле:
(1)
Принимаем количество трубок n=61.
Скорость газа в трубах принимается равной wг=20…60 м/с при р<0.5 МПа. В
нашем случае при р>0.5 МПа скорость принимаем wг= 30 м/с. Для воды скорость
принимаем wв= 2 м/с, а диаметр трубки dвн= 10 мм. Вычислив число трубок и
округлив его согласно табл.3 так, чтобы они заполняли всю трубную
решетку, по nпол=61 находим значение действительной скорости газа из
формулы (1).
Полученная скорость отличается на 5% от рекомендованной (или желаемой),
что удовлетворяет погрешности 10%. Определяем предварительно критерий
Рейнольдса:
или
вычисляем значение коэффициента теплоотдачи из уравнения:
учитывая также критериальное уравнение (применимо к газу и воде):
Имеем
Где ?г = 1.05 - коэффициент, учитывающий влияние температурного фактора для
охлаждаемого газа.
Находим коэффициент теплоотдачи от трубок охлаждающей воде, для чего
предварительно определяем проходное (живое) сечение межтрубного
пространства.
Геометрические размеры поперечного сечения теплообменника должны
удовлетворять условию,
где dнар=dвн+2?’0.01+2*0.002’0.014 м и ?= 2 мм. Следовательно, внутренний
диаметр кожуха:
На схеме трубной доски размещаем отверстия под трубки с шагом
b=(1.25..1.3)dвн или b= Dвн/m=0.140/9=0.016, где m=9- число трубок,
укладываемых на диагонали (табл.3,[4]).В любом случае шаг не должен быть
менее bmin=(1.25...1.3)dнар=9*1.25= =0.018 м.Т.к шаг не удовлетворяет этому
условию, то его надо увеличить и, определив вновь диаметр кожуха
Dвн=b(m=0.018*9=0.158 м, оценить новое значение скорости воды в межтрубном
пространстве, используя формулы:
Вновь полученная скорость должна быть не менее 0,5 м/ В нашем случае
скорость воды удовлетворяет этому условию. В дальнейшие расчеты вводить
только скорректированные размеры. Для удобства следует изобразить схему и
все размеры межтрубной доски и кожуха. Число Рейнольдса для воды:
где
Коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к воде (жидкости) вычисляется по
формуле:
где ?в = 1.02 - коэффициент, учитывающий влияние температурного фактора для
нагреваемой воды.
4. Определение коэффициента теплопередачи
Коэффициент теплопередачи определяется по формуле:
При вычислении К необходимо соблюдать следующие правила:
если ?г>?в то dср=dнар
если ?г=?в то dср=(dвн+dнар)/2
если ?г109,
пользуются критериальным соотношением:
В нашем случае 103<(20.263(106(0.688)ж<108
Критерий Грасгофа
V для горизонтального расположения теплообменника,
В обоих случаях g=9.81 м/с2, ?=1/Tокр=1/283=0.004, ?t=tсрв-tокр =40-10=30
Параметры окружающего воздуха ?ж= ?в=?в/?в=0.00002188/79.4=0.00001416,
Prж=Prв и Prст=0.705 приведены из табл.1 [4] для заданной tокр= 10 (С.
Вычислим величину тепловых потерь, так как Dнар/Dвн <1.5
В случае Qпот>Qпот.доп на 5% приступаем к выбору оптимальной тепловой
изоляции кожуха теплообменника. В нашем случае Qпот2500, то движение среды турбулентное и тогда
nкан - число подводящих воду каналов (штуцеров).
Местное сопротивление при продольном омывании пучков вдоль оси
рассчитывается по формуле [3]:
V для шахматных пучков при b1/dнар
