Конструкторский расчет теплообменного аппарата
Работа из раздела: «
Физика и энергетика»
/
/
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Южно-Уральский Государственный Университет»
Факультет «Автотракторный»
Кафедра «Автомобильный транспорт и сервис автомобилей»
Конструкторский расчет теплообменного аппарата
дисциплина «Теплотехника»
Руководитель доц. Юртаев М.А.
Автор Ульмаскулов Р.Ф.
Челябинск 2013
Аннотация
В данной работе выполняется конструкторский расчет теплообменного аппарата. Вычисляется поверхность нагрева теплообменного аппарата, длина теплообменника и количество секций
Так же определяется характер течения горячего и холодного теплоносителей в каналах теплообменника, выбирается вид критериального уравнения для потоков, оцениваются значения коэффициентов теплоотдачи для теплоносителей как от горячего к стенке, так и от стенки к холодному; находятся коэффициенты теплопередачи для аппарата; составляется уравнение теплового баланса; определяется конечную температуру теплоносителей; определяется средняя логарифмическая разность температур; вычисляется плотность теплового потока в теплообменнике; вычисляется поверхность нагрева теплообменного аппарата, длину теплообменника и количество секций.
1) определить характер течения горячего и холодного теплоносителей в каналах теплообменника;
2) выбрать вид критериального уравнения для потоков;
3) оценить значения коэффициентов теплоотдачи для теплоносителей как от горячего к стенке, так и от стенки к холодному;
4) найти коэффициент теплопередачи для аппарата;
5) составить уравнение теплового баланса;
6) определить конечную температуру теплоносителей;
7) определить среднюю логарифмическую разность температур;
8) найти плотность теплового потока в теплообменнике;
9) найти поверхность нагрева теплообменного аппарата.
10) найти длину теплообменника и количество секций
Введение
рекуперативный теплообменный аппарат канал
В водоводяном теплообменнике типа «труба в трубе» определить поверхность нагрева, если греющая вода поступает с температурой t'1 и ее расход равен т1(или скорость равна щ1). Греющая вода движется по внутренней трубе с диаметрами d1 и d2. Коэффициент теплопроводности трубы лст.
Нагреваемая вода движется по кольцевому каналу между трубами и нагревается от температуры t'2 до t''2 . Внутренний диаметр внешней трубы равен D. Расход нагреваемой воды т2(или скорость течения равна щ1).
Потерями от теплообменника в окружающую среду пренебречь.
Физические свойства нагревающей и нагреваемой воды с1 и с2 (кг/м3), н1 и н2 (м2/с), л1 и л2 (Вт/мК) приведены в таблице. Направление потоков указаны символами >>(прямоток) и ><(противоток).
Таблица 1 - Исходные данные: вариант- 6
|
t1'
|
t2'
|
t2”
|
d1
|
d2
|
D
|
m1
|
щ2
|
л1
|
л2
|
лст
|
??1
|
??2
|
н1
|
н2
|
|
|
98
|
17
|
41
|
36
|
39
|
54
|
1,0
|
0,8
|
0,674
|
0,62
|
70
|
973
|
995
|
0,374
|
0,777
|
|
|
Направление потоков
|
|
|
|
|
Расчет теплообменника
1. Характер течения определяется по критерию Рейнольдса
Re=щd/н
Для первого теплоносителя
Re1=щ1 d1/н1
Определяем расход воды
G=m/с
G1=m1/ с1=1/973=0.001м3/с
Скорость потока
щ1=G/F
Для кольцевого сечения
F=р(D2-d12)4
щ1=G1/F1=0.001*4/ р(0.0542-0.0362)=0.78 м/с
Для кольцевого канала находим эквивалентный диаметр
dэ==D+d2
dэ=4(3.14*0.0542/4-3.14*0.0362/4)/3.14*(0.054-0.036)=0.093м
Re1=0.78*0.093/0.374*10-6=193957 >4000 поток турбулентный
Для второго теплоносителя
Re2=щ2 d2/н2=0.8*0.039/0.777*106=40154 >4000, поток турбулентный
2. Выбор критериального уравнения
Для турбулентного режима (Re>104)
Nu=0.021Re0.8Prж0,43(Prж/Prст)0,25
где Pr=н/a, a=л/cс
Для жидкости
a1= л1/cс1=0.674/973*4190=1.65*10-7 м2/с
Prж1=н1/a1=0,374*10-6/1,65*10-7=2,26
Для стенки
aст= лст/cс1=70/973*4190=1,71* 10-5 м2/с
Prст1=н1/aст=0,374*10-6/1,71*10-5=0,02
Nu1=0.021*(193957 )0,8*2,260,43( 2,26/0,02)0,25=1651,5
Для кольцевого канала
Nu=0.017Re0.8Prж0,4(Prж/Prст)0,25(D/d2)0.18
Для жидкости
a2= л2/cс2=0.62/995*4190=1.49*10-7 м2/с
Prж1=н2/a2=0,777*10-6/1,49*10-7=5.21
Для стенки
aст= лст/cс2=70/995*4190=1,68*10-5 м2/с
Prст2=н2/aст=0,777*10-6/1,68*10-5=0,046
Nu2=0.017*40154 0,8*5,210,4( 5,21/0,046)0,25*(0,054/0,039)0,18=546,4
3. Определение Коэффициентов теплоотдачи
б= (Nu* л)/d
б1= (Nu1* л1)/d1 =(1651,5*0,674)/0,036=30919,75 Вт/(м2*К)
б2= (Nu2* л2)/d2=(546,4*0,62)/0,039=8686,35 Вт/(м2*К);
4. Нахождение коэффициента теплопередачи
k=
k==710,22
гдеб1 - коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке;
d1- диаметр внутренней трубы, м
лст - коэффициент теплопроводности стенки, Вт/(м*К)
б2 - коэффициент теплоотдачи от стенки к холодному теплоносителю
d2- диаметр наружной трубы, м
5. Уравнение теплового баланса
Q1=m1C1(t1'-t1'')=m2C2(t2''-t2')
C1=C2 т.к. обе жидкости - вода
m1(t1'-t1'')=m2(t2''-t2')
6. Определение конечной температуры
t1''=t1' - (t2''-t2')
m= с*G - массовый расход воды теплоносителя
G= щ*F - расход воды
G2= щ2*F2= щ2*р*d22/4=0.8*3.14*0.0392/4=9,55*10-4 м3/с
m2= с2*G2=995*9.55*10-4=0,95 кг/с
t1''=t1' - (t2''-t2')=98-0,95/1(41-17)=75,2 °С
7. Определение средней логарифмической разности температур
Для прямотока
==23,63
8. Вычисление плотности теплового потока в теплообменнике
Q=Kl(t2-t1)
т.к. величины имеют данную размерность F[м2], К[Вт/мК], то
m1C1(t1'-t1'')= Kl
l= m1C1(t1'-t1'')/ K=1 *4190(98-75,2)/710,22*23,63=5.7 м
9. Вычисление длины теплообменника и количества секций
Длина теплообменника
l=F/рd1=5.7/3.14*0.036=50.42 м
Количество секций
За длину секции примем lc= 1,708м
n=l/lc=50.42/1.575=32 секции
Литература
1. Теплотехника/ В.Н. Луканин, М.Г. Шатров, Г.М. Камфер - М: Высшая школа, 2008. - 671 с.
2. Лариков, Н.Н. Общая теплотехника/ Н.Н. Лариков. - М: литературы по строительству. 1966. - 446 с.
3. Теплотехника/ под ред. А.П. Баскакова, - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 224 с.
