Учебная работа. Конструкторский расчет теплообменного аппарата

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Конструкторский расчет теплообменного аппарата

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;

)        выбрать вид критериального уравнения для потоков;

)        оценить значения коэффициентов теплоотдачи для теплоносителей
как от горячего к стенке, так и от стенки к холодному;

)        найти коэффициент теплопередачи для аппарата;

)        составить уравнение теплового баланса;

)        определить конечную температуру теплоносителей;

)        определить среднюю логарифмическую разность температур;

)        найти плотность теплового потока в теплообменнике;

)        найти поверхность нагрева теплообменного аппарата.

)        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 ω1). Греющая вода движется по внутренней трубе с
диаметрами d1 и d2. Коэффициент теплопроводности трубы λст.

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 ω1).

Потерями от теплообменника в окружающую среду пренебречь.

Физические свойства нагревающей и нагреваемой воды ρ1 и ρ2 (кг/м3),
ν1 и ν2 (м2/с), λ1 и λ2 (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

ω2

λ1

λ2

λст

𝜌1

𝜌2

ν1

ν2

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=ωd/ν

Для первого теплоносителя

Re1=ω1 d1/ν1

Определяем расход воды

G=m/ρ

G1=m1/ ρ1=1/973=0.001м3/с

ω1=G/F

Для кольцевого сечения

F=π(D2-d12)4

ω1=G1/F1=0.001*4/ π(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=ω2 d2/ν2=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=ν/a,
a=λ/cρ

Для жидкости

a1= λ1/cρ1=0.674/973*4190=1.65*10-7 м2/с

Prж1=ν1/a1=0,374*10-6/1,65*10-7=2,26

Для стенки

aст= λст/cρ1=70/973*4190=1,71* 10-5 м2/с

Prст1=ν1/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= λ2/cρ2=0.62/995*4190=1.49*10-7 м2/с

Prж1=ν2/a2=0,777*10-6/1,49*10-7=5.21

Для стенки

aст= λст/cρ2=70/995*4190=1,68*10-5 м2/с

Prст2=ν2/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

. Определение Коэффициентов теплоотдачи

α= (Nu* λ)/d

α1= (Nu1* λ1)/d1 =(1651,5*0,674)/0,036=30919,75 Вт/(м2*К)

α2= (Nu2* λ2)/d2=(546,4*0,62)/0,039=8686,35 Вт/(м2*К);

. Нахождение коэффициента теплопередачи

k=

k==710,22

гдеα1
— коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке;

d1- диаметр внутренней трубы, м

λст — коэффициент теплопроводности
стенки, Вт/(м*К)

α2 — коэффициент теплоотдачи от стенки к холодному теплоносителю

d2- диаметр наружной трубы, м

. 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’)=
ρ*G — массовый расход воды теплоносителя

G= ω*F — расход воды

G2= ω2*F2= ω2*π*d22/4=0.8*3.14*0.0392/4=9,55*10-4
м3/с

m2= ρ2*G2=995*9.55*10-4=0,95 кг/с

t1’’=t1’ — (t2’’-t2’)=98-0,95/1(41-17)=75,2 °С

. 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

. Вычисление длины теплообменника и
количества секций

Длина теплообменника

l=F/πd1=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.

.        Лариков,
Н.Н. Общая теплотехника/ Н.Н. Лариков. — М: литературы по строительству. 1966.
— 446 с.

.        Теплотехника/
под ред. А.П. Баскакова, — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат,
1991. — 224 с.

Учебная работа. Конструкторский расчет теплообменного аппарата