Кожухотрубчатые теплообменные аппараты
ВВЕДЕНИЕ
Развитие силовых установок во всех
областях техники в настоящее время характеризуется резким увеличением мощности
в одном агрегате, повышением эффективного к.п.д. установок. Успешное решение
этих задач не возможно без применения совершенных теплообменных устройств.
В зависимости от назначения аппараты
используют как нагреватели и как охладители. Теплообменники по способу передачи
теплоты подразделяют на поверхностные, где отсутствует непосредственный контакт
теплоносителей, а передача тепла происходит через твёрдую стенку, и смесительные
где теплоносители контактируют непосредственно. Поверхностные теплообменники в
свою очередь подразделяются на рекуперативные и регенеративные, в зависимости
от одновременного или поочерёдного контакта теплоносителей с разделяющей их
стенкой.
Рекуперативными называют
теплообменники, в которых теплообмен между теплоносителями происходит через
разделяющую их стенку. Они могут работать как в непрерывном, так и в
периодических режимах. Большинство рекуперативных теплообменников работают в
непрерывном режиме.
Кожухотрубчатые теплообменники
получили наибольшее распространение, они предназначены для работы с
теплоносителями жидкость-жидкость, газ-газ и представляют собой аппараты
выполняемые из пучков труб. По количеству ходов все кожухотрубчатые
теплообменники делят на: одна, двух, четырёх и шестиходовые.
Пластинчатые теплообменники имеют
плоские параллельные поверхности теплообмена, которые образуют каналы для
прохода теплоносителей. Такие теплообменники применяют для теплоносителей с
примерно равными коэффициентами теплоотдачи. Для интенсивности процесса
теплообмена и для увеличения площади поверхности теплообмена пластинам придают
различный профиль.
Выполнение курсовой работы по курсу «Тепломассообмен»
позволит закрепить знания по основным разделам дисциплины.
Курсовая работа состоит из расчётной
части и графической и выполняется по следующим разделам:
1. Тепловой конструктивный расчёт
рекуперативного кожухотрубчатого теплообменника.
2. Тепловой расчёт пластинчатого
теплообменника.
1.
ТЕПЛОВОЙ КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ РЕКУПЕРАТИВНОГО
КОЖУХОТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА
Кожухотрубчатые
теплообменные аппараты могут использоваться в качестве теплообменников,
холодильников, конденсаторов и испарителей. Теплообменники предназначены для
нагрева и охлаждения, а холодильники для охлаждения (водой или другим
нетоксичным, непожаро- и невзрывоопасным хладагентом) жидких и газообразных
сред. Кожухотрубчатые теплообменники могут быть следующих типов: ТН –
теплообменники с неподвижными трубными решетками; ТК – теплообменники с температурными
компенсаторами на кожухе и жестко закрепленными трубными решетками; ТП –
теплообменники с плавающей головкой, жестким кожухом и жестко закрепленной
трубной решеткой; ТУ – теплообменники с U-образными трубками, жестким кожухом и жестко закрепленной
трубной решеткой; ТС – теплообменники с сальником на плавающей головке, жестким
кожухом и жестко закрепленной трубной решеткой (рисунок 1, Приложение 1).
Наибольшая
допускаемая разность температур кожуха и труб для аппаратов типа Н может
составлять 20–60 ºС, в зависимости от материала
кожуха и труб, давления в кожухе и диаметра аппарата.
Теплообменники
и холодильники могут устанавливаться горизонтально или вертикально, быть одно-,
двух-, четырех- и шестиходовыми по трубному пространству. Трубы, кожух и другие
элементы конструкции могут быть изготовлены из углеродистой или нержавеющей
стали, а трубы холодильников – из латуни. Распределительные камеры и крышки
выполняют из углеродистой стали.
Данный расчет проводится для
определения площади поверхности теплообмена стандартного водо-водяного
рекуперативного теплообменника, в котором греющая вода поступает в трубы,
нагреваемая вода – в межтрубное пространство.
Задание:
Выполнить тепловой конструктивный расчет водоводяного рекуперативного подогревателя производительностью
Q. Температура
греющего теплоносителя на входе в аппарат ºС. Температура нагреваемого
теплоносителя на входе в теплообменник ºС, изменение температуры нагреваемого
теплоносителя в аппарате К.
Массовый расход греющего теплоносителя – кг/с, нагреваемого теплоносителя – кг/с. Поверхность нагрева
выполнена из труб диаметром мм.
Трубы
в трубной решетке расположены по вершинам равносторонних треугольников. L – длина
труб, предварительно принимается равной 3,0 м. Схема движения теплоносителей – противоток. Материал труб теплообменного аппарата выбирается в соответствии с
вариантом. Потерями тепла в окружающую среду пренебречь.
1.1
Расчет количества передаваемого тепла
Уравнение
теплового баланса для теплообменного аппарата имеет вид:
(1.1)
где – количество
теплоты в единицу времени, отданное греющим теплоносителем,
Вт;
– количество теплоты в
единицу времени, воспринятое нагреваемым теплоносителем, Вт;
– потери теплоты в
окружающую среду, Вт.
Так как по условию, то количество
передаваемого тепла в единицу времени через поверхность нагрева аппарата, Вт, ([7]):
(1.2)
где и – средние удельные
массовые теплоёмкости греющего и агреваемого теплоносителей, в интервале
изменения температур от до
и от до , соответственно, кДж/кг ×К.
Температура нагреваемого
теплоносителя на выходе из теплообменника, ºС, ([7])
(1,3)
(ºС)
Средняя температура
нагреваемого теплоносителя, ºС:
(1.4)
(ºС)
По
температуре определяется
значения методом линейной интерполяции ([3])
(кДж/кг ×К)
Количество
теплоты в единицу времени, воспринятое нагреваемым теплоносителем, Вт, ([7]):
(1.5)
(кВт)
Методом
линейной интерполяции определяется средняя удельная массовая теплоёмкость греющего теплоносителя при
температуре
(кДж/кг ×К)
Для
условия, , определяется
температура греющего теплоносителя на выходе из теплообменника, ºС:
, (1.6)
(ºС)
Средняя температура
греющего теплоносителя, ºС, ([7]):
(1.7)
(ºС)
По
температуре определяется
значения . Уточняется количество теплоты, отданное греющим
теплоносителем в единицу времени, Вт, ([7]):
(1.8)
(кВт).
Величина
относительной погрешности, %
, % (1.9)
%.
1.2
Определение интенсивности процессов теплообмена
В
основу расчёта коэффициентов теплоотдачи между теплоносителями и поверхностью
стенки положены критериальные уравнения, полученные в результате обработки
многочисленных экспериментальных данных и их обобщения на основе теории
подобия.
1.2.1 Расчёт
интенсивности теплоотдачи со стороны греющего теплоносителя
По среднеарифметическому
значению температуры определяются
значения физических свойств греющего теплоносителя:
–
плотность, кг/м³, (кг/м³);
– кинематический
коэффициент вязкости, м²/с, (м²/с);
– коэффициент
теплопроводности, Вт/(м· К), (Вт/(м· К));
– критерий
Прандтля, .
В
первом приближении температура стенки, ºС:
(1.10)
(ºС)
По определяется
,
Критерий
Рейнольдса для потока греющего теплоносителя, ([7]):
(1.11)
где – средняя
скорость греющего теплоносителя, м/с, ([7], стр.6) , (м/с).
В
результате сравнения вычисленного значения = с критическим числом = 2300 устанавливаем, что режим
течения жидкости турбулентный и выбираем критериальное уравнение для расчета
числа Нуссельта. Интенсивность теплоотдачи в круглых трубках зависит от режима
движения теплоносителя.
При
турбулентном режиме течения жидкости (Re > 2300) в круглых трубах
и каналах число Нуссельта определяется по критериальной зависимости, ([7]):
Коэффициент
теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке трубы, Вт/(м²· К), ([7]):
(1.16)
(Вт/(м²· К)).
1.2.2. Расчёт
интенсивности теплоотдачи со стороны нагреваемого теплоносителя
По
среднеарифметическому значению температуры определяются значения физических свойств
нагреваемого теплоносителя ([3]):
–
плотность теплоносителя, кг/м³, (кг/м³);
– кинематический
коэффициент вязкости, м²/с, (м²/с);
– коэффициент
теплопроводности, Вт/(м· К), (Вт/(м· К));
– критерий
Прандтля,.
Число
Рейнольдса для потока холодного теплоносителя, ([7]):
(1.17)
где – средняя
скорость нагреваемого теплоносителя, м/с, ([7], стр. 8), (м/с).
В
результате сравнения вычисленного значения с критическим числом = 1000 выбираем критериальное уравнение, по которому
подсчитывается число Нуссельта.
При
движении теплоносителя в межтрубном пространстве коэффициент теплоотдачи
рассчитывают по уравнению ([7]):
(1.18)
.
За
определяющий геометрический размер принимают наружный диаметр теплообменных
труб.
Коэффициент
теплоотдачи от стенок трубного пучка к нагреваемому теплоносителю, Вт/(м²· К), ([7]):
(1.20)
(Вт/(м²· К)).
1.3
Определение коэффициента теплопередачи
Если
(/) < 2, то коэффициент
теплопередачи для плоской поверхности теплообмена с достаточной точностью
определяется по формуле, Вт/(м²· К), ([7]):
(1.21)
(Вт/(м²·К))
где , – термические сопротивления слоев загрязнений
с обеих сторон стенки, (м2· К)/Вт ([1]), ((м2· К)/Вт), ((м2· К)/Вт);
– толщина стенки, м;
– коэффициент
теплопроводности материала трубок ([7], таблица П.1.3),
Вт/(м· К);
(Вт/(м· К));
Толщина
стенки трубки вычисляется по формуле, ([7]):
(1.22)
(мм)
Вычисленное
значение коэффициента теплопередачи сравнивается с ориентировочными значениями k для соответствующих теплоносителей ([1]).
1.4. Определение расчетной площади поверхности теплообмена
В
аппаратах с прямо- или противоточным движением теплоносителей средняя разность
температур потоков определяется как среднелогарифмическая между большей и
меньшей разностями температур теплоносителей на концах аппарата, ([7]):
(1.23)
(ºС);
где – большая разность
температур, ºС, (ºС)(см.
рис1),
– меньшая разность
температур, ºС, (ºС)(см.
рис1).
График
изменения температур теплоносителей при противотоке, ([7],
рис. П1.2)
Рис.1. Графическая
зависимость для определения большей и меньшей разности температур теплоносителей
При
сложном взаимном движении теплоносителей, например при смешанном и перекрестном
токе в многоходовых теплообменниках, средняя разность температур теплоносителей
определяется с учетом поправки ([7]):
(1.24)
(ºС)
Для
нахождения поправочного коэффициента вычисляются вспомогательные коэффициенты P и R
([7]):
(1.25)
(1.26)
По
полученным значениям коэффициентов P и R определяем поправочный коэффициент ([5]).
Поверхностная
плотность теплового потока, Вт/м², ([7]):
(1.28)
(Вт/м²)
Из
основного уравнения теплопередачи определяется необходимая поверхность теплообмена,
м², ([7]):
(1.29)
(м²)
По
рассчитанной площади и заданному диаметру труб выбирается стандартный
теплообменный аппарат ([1]):
Параметры кожухотрубчатого теплообменника сварной конструкции
с неподвижными трубными решетками (ГОСТ 15118-79,ГОСТ 15120-79,ГОСТ 15122-79).
Таблица 1
Диаметр кожуха, мм
|
Диаметр труб, мм
|
Число ходов
|
Общее число труб, шт.
|
Поверхность теплообмена(в м2)
при длине труб, м
|
Площадь сечения потока 10-2 м2
|
Площадь сечения одного хода по
трубам, 10-2 м2
|
|
|
|
|
|
|
В вырезе перегородок
|
Между перегородками
|
|
|
|
400
|
20×2
|
2
|
166
|
31
|
1,7
|
3
|
1,7
|
Пересчитываются
скорости движения и критерий Рейнольдса для греющего и нагреваемого
теплоносителей, м/с, ([7]):
(1.30)
(м/с)
(1.31)
(м/с)
где – площадь сечения одного
хода по трубам, м2, (м2)
– площадь сечения
межтрубного пространства между перегородками, м2, (м2)
(1.32)
(1.33)
1.5 Конструктивный расчет теплообменного аппарата
Определяется
число труб в теплообменнике, ([7]):
(1.34)
(шт.)
где – площадь поверхности
теплообмена стандартного теплообменника, м2, (м2);
– длина труб одного хода
стандартного теплообменного аппарата, м, (м).
По
условию трубы по сечению трубной решетки расположены по
вершинам равносторонних треугольников. Количество трубок, расположенных
по сторонам большего шестиугольника, ([7]) :
(1.35)
(шт.)
Количество
трубок, расположенных по диагонали шестиугольника, ([7]):
(1.36)
(шт.).
Число
рядов труб, омываемых теплоносителем в межтрубном пространстве, приближенно
можно принять равным 0,5 · b , т.е., ([7])
(1.37)
Для
стандартных труб с наружным диаметром равным 20мм, размещенных по вершинам
равносторонних треугольников, при развальцовке принимают шаг между трубами ([7], стр.12) :
t = (1,31,6),
t = 1,4·20
= 28 (мм)
Рассчитанную
величину шага между отверстиями в трубной решетке сравнивают со стандартными
значениями ([1])
Внутренний
диаметр кожуха двухходового теплообменника, мм, ([7]):
(1.38)
(мм)
где – коэффициент
заполнения трубной решетки, принимается равным 0,6 – 0,8.
1.6 Определение температуры поверхности стенок трубы
Термическое
сопротивление теплоотдачи от греющего теплоносителя к поверхности загрязнений,
(м²· К)/Вт, ([7]):
(1.40)
((м²· К)/Вт)
Термическое
сопротивление слоя отложений со стороны греющего теплоносителя, (м²· К)/Вт,
([7])
(1.41)
((м²· К)/Вт)
где – тепловая проводимость
слоя отложений со стороны греющего теплоносителя ([1]),
((м2· К)/Вт).
Термическое
сопротивление стенки трубы, (м²· К)/Вт, ([7]):
(1.42)
((м²· К)/Вт)
где – толщина стенки трубки, м,
(м);
– коэффициент
теплопроводности стенки, Вт/м·К, (Вт/м·К).
Термическое
сопротивление слоя отложений со стороны нагреваемого теплоносителя, (м²·
К)/Вт, ([7]):
(1.43)
((м²· К)/Вт)
где – тепловая проводимость
слоя отложений со стороны нагреваемого теплоносителя, Вт/(м²· К), ([1])
(Вт/(м²· К))
Термическое
сопротивление теплоотдачи от стенки загрязнений к нагреваемому теплоносителю,
(м²· К)/Вт, ([7], формула 1.44):
((м²· К)/Вт)
Аналитически
температура стенок трубы определяется по формулам, ([7],
формулы 1.45, 1.46):
(ºС)
(ºС)
Для
проверки температуру стенки определим графическим способом, ([7],
рис П.1.4).
1.7 Гидравлический расчет теплообменника
Целью
гидравлического расчёта является определение величины потери давления
теплоносителей при их движении через теплообменный аппарат.
Полное
гидравлическое сопротивление при движении жидкости в трубах теплообменного
аппарата определяется выражением, Па, ([7]):
(1.47)
где – гидравлическое
сопротивление трения, Па, ([7]);
– потери давления,
обусловленные наличием местных сопротивлений; складываются из сопротивлений,
возникающих в связи с изменением площади сечения потока, обтекания препятствий,
Па, ([7]);
(1.48)
(Па)
где – коэффициент трения, ([7]);
z – число ходов
теплоносителя по трубному пространству, z=2.
Коэффициент
трения определяется по формуле:
(1.49)
где – относительная
шероховатость труб, ([7],стр.14);
– высота выступов
шероховатостей ,принимаем = 0,2 мм, ([7],стр.14).
Потери
давления, обусловленные наличием местных сопротивлений, Па,([7]):
(1.50)
(Па)
где – сумма
коэффициентов местных сопротивлений трубного
пространства, ([7]):
(1.51)
где , – коэффициенты сопротивлений входной и
выходной камер ([1]), ,;
, – коэффициенты сопротивлений входа в трубы и
выхода из них ([1]), , ;
– коэффициент сопротивления
поворота между ходами, ([1]), .
Величина
потерь давления греющего теплоносителя в теплообменном аппарате, Па,([7]):
(1.52)
(Па)
Величина
потерь давления нагреваемого теплоносителя в межтрубном пространстве
теплообменника, Па, ([7]):
(1.53)
(Па)
где – сумма
коэффициентов местных сопротивлений межтрубного пространства, ([7]):
(1.54)
где , – коэффициент сопротивления входа и выхода
жидкости ([1]), ,
– коэффициент сопротивления
пучка труб, ([7]):
(1.55)
х –
число сегментных перегородок ([1]);
– коэффициент, определяющий
поворот через сегментную перегородку ([1]),
1.8 Определение толщины тепловой изоляции аппарата
Тепловая
изоляция представляет собой конструкцию из материалов с малой
теплопроводностью, покрывающую наружные поверхности оборудования, трубопроводов
для уменьшения тепловых потерь.
Толщину
тепловой изоляции находят из равенства удельных тепловых потоков через слой
изоляции и от поверхности изоляции в окружающую среду, ([7]):
(1.56)
где – температура изоляции со
стороны окружающей среды, которая не должна превышать 45°C, согласно требований техники безопасности, ([7],стр.16), принимаем (°C);
– коэффициент теплоотдачи от
внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/м²·К, ([7],стр.16), принимаем = 25 (Вт/м²·К);
– температура изоляции со
стороны аппарата; ввиду незначительного термического сопротивления стенки
аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции, принимают равной средней
температуре нагреваемого теплоносителя, °C, ([7],стр.16),
принимаем (°C) ;
– температура окружающей среды; для
изолируемых поверхностей, расположенных в помещении принимается 20°С [6];
– коэффициент
теплопроводности изолятора, Вт/(м· К);
Если в качестве изолятора
принять полотно стеклянное теплоизоляционное марки ИПС-T-l000, ТУ
6-11-570-83, то коэффициент теплопроводности изолятора [6]:
= 0,047+0,00023 tm,
(Вт/(м· К));
где tm – средняя температура
теплоизоляционного слоя, °С;
На открытом воздухе в
летнее время, в помещении, в каналах, тоннелях, технических подпольях, на
чердаках и в подвалах зданий: ([7]):
tm = (1.59)
(°С)
где tw – средняя температура теплоносителя,
омывающего стенку, °С.
При расчетах задать
температурный напор =
(12 – 25) °С.
Толщина
тепловой изоляции, м, ([7]):
(1.60)
(см)
2.ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ
ПЛАСТИНЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА
В пластинчатых
теплообменниках поверхность теплообмена образована набором тонких штампованных
гофрированных пластин. Эти аппараты могут быть разборными, полуразборными и
неразборными (сварными). В пластинах разборных теплообменников (рисунок 1,
Приложение 2) имеются угловые отверстия для прохода теплоносителей и пазы,
в которых закрепляются уплотнительные и компонующие прокладки из специальных
термостойких резин. Пластины сжимаются между неподвижной и подвижной плитами
таким образом, что благодаря
прокладкам между ними образуются каналы для поочередного прохода горячего и
холодного теплоносителей. Плиты снабжены штуцерами для присоединения
трубопроводов. Неподвижная плита крепится к полу, пластины и подвижная плита
закрепляются в специальной раме.
Группа пластин,
образующих систему параллельных каналов, в которых теплоноситель движется
только в одном направлении (сверху вниз или наоборот), составляет пакет. Пакет
по существу аналогичен одному ходу по трубам в многоходовых кожухотрубчатых
теплообменниках. На рисунках 1 и 2 Приложения 2 даны примеры компоновки
пластин. При заданном расходе теплоносителя увеличение числа пакетов приводит к
увеличению скорости теплоносителя, что интенсифицирует теплообмен, но увеличивает
гидравлическое сопротивление. Дополнительный канал со стороны хода нагреваемой
воды предназначен для охлаждения плиты и уменьшения теплопотерь.
В соответствии с каталогом ЦИНТИхимнефтемаш (М., 1990) выпускаются
теплообменники пластинчатые следующих типов: полуразборные (РС) с пластинами типа 0,5Пр и разборные (Р) с пластинами типа 0,3р и 0,6р.
Технические
характеристики указанных пластин и основные параметры теплообменников,
собираемых из этих пластин, даны в таблицах 1 и 2 Приложения 2.
Допускаемые температуры
теплоносителей определяются термостойкостью резиновых прокладок. Для
теплообменников, используемых в системах теплоснабжения, обязательным является
применение прокладок из термостойкой резины, марки которой приведены в табл. 3,
приложения 2. Условное обозначение теплообменного пластинчатого аппарата:
первые буквы обозначают тип аппарата – теплообменник Р (РС) разборный
(полусварной), следующее обозначение – тип пластины, цифры после тире – толщина пластины, далее – площадь поверхности теплообмена аппарата (м2), затем – конструктивное исполнение (в соответствии с табл. 1 Приложения
2), марка материала пластины и марка материала прокладки (в соответствии с табл. 3 Приложения
2). После условного обозначения приводится схема компоновки пластин.
Пример условного
обозначения пластинчатого разборного теплообменного аппарата: теплообменник Р 0,6р-0,8-16-1К-01
– теплообменник разборный (Р) с пластинками типа 0,6р, толщиной 0,8 мм, площадью поверхности теплообмена 16 м2, на консольной
раме, в коррозионно-стойком исполнении, материал пластин и патрубков – сталь
12Х18Н10Т; материал прокладки – теплостойкая резина 359; схема компоновки
При
оптимальной компоновке пластин число пакетов для горячего и холодного
теплоносителя может быть неодинаковым. В условном обозначении схемы компоновки
число слагаемых в числителе соответствует числу пакетов (последовательных
ходов) для горячего теплоносителя, в знаменателе – для холодного; каждое слагаемое
означает число параллельных каналов в пакете.
Из рассматриваемых трех
теплообменников наиболее целесообразно применение
теплообменников РС 0,5Пр, поскольку эти теплообменники надежно работают при
рабочем давлении до 1,6 МПа (16 кгс/см2). Пластины попарно сварены
по контуру образуя блок. Между двумя сваренными пластинами имеется закрытый
(сварной) канал для теплофикационной греющей воды. Разборные каналы допускают
давление в них до 1 МПа.
Теплообменники типа Р 0,3р могут применяться в системах теплоснабжения
при отсутствии теплообменников типа РС 0,5Пр и параметрах теплоносителей до 1,0
МПа (до 10 кгс/см2), до 150 °С и перепаде давлений между
теплоносителями не более 0,5 МПа (5 кгс/см2).
Применение
теплообменников типа Р 0,6р (титан) в системах теплоснабжения ограничено и
допустимо только при отсутствии теплообменников РС 0,5Пр и Р 0,3р при
параметрах теплоносителей не более 0,6 МПа (6 кгс/см2) до 150 °С и
перепаде давлений теплоносителей не более 0,3 МПа (3 кгс/см2).
Задание: Рассчитать однопакетный пластинчатый теплообменник для системы
горячего водоснабжения
ЦТП если известны параметры: нагрузка на отопление (ГВС) – Q = 1282 кВт; температуры греющей (сетевой) и нагреваемой воды
на входе и выходе теплообменника, соответственно: – °C, °C, °C, °C. Принять равное число параллельных
каналов в пакете для греющего и нагреваемого теплоносителей.
2.1 Определение расходов
и скоростей движения греющего и нагреваемого теплоносителей
Средняя
температура теплоносителей, ([7])
(2.1)
(°C)
(2.1)
(°C)
По
среднеарифметическому значению температур , определяются значения физических свойств
греющего и нагреваемого теплоносителей ([3]):
, – плотность, кг/м³, (кг/м³),
(кг/м³);
, – кинематические коэффициенты
вязкости, м²/с, (м²/с), (м²/с);
, – коэффициенты
теплопроводности, Вт/(м· К), (Вт/(м· К)), (Вт/(м· К));
, – критерии Прандтля, ,
Массовые расходы теплоносителей, кг/с, ([7]):
(2.2)
(кг/с)
(2.3)
(кг/с)
(м3/ч)
По
максимальному расходу выбирается тип пластин. Параметры пластин, ([7], таблица П.2.1 и П.2.2):
– толщина стенки пластины,
м, (м);
– площадь поверхности
теплообмена пластины, м2, (м2);
– площадь поперечного
сечения канала между пластинами, м2, (м2);
– смачиваемый периметр в
поперечном сечении канала, м, (м) .
Эквивалентный
диаметр сечения канала, м, ([7]):
(2.4)
(м)
При расчете пластинчатого
водоподогревателя оптимальная скорость
теплоносителя принимаем исходя из получения таких же потерь давления в
установке по нагреваемой воде, как при применении кожухотрубного водоподогревателя (100–150 кПа), что соответствует
скорости воды в каналах (0,3
– 0,5) м/c [4], (м/c)
Число
каналов в пакете, ([7]):
(2.5)
(шт.)
Скорость
второго теплоносителя, м/с, ([7]):
(2.6)
(м/с)
2.2
Расчет интенсивности теплообмена при движении теплоносителей между пластинами
Критерии
Рейнольдса и Прандтля для каждого теплоносителя, ([7]):
; (2.7)
(2.7)
(2.8)
(2.8)
Определяется
критерий Нуссельта для греющего и нагреваемого теплоносителей, ([7]):
– при
турбулентном режиме (Re 50):
(2.9)
(2.10)
Где, ([1])
Коэффициенты
теплоотдачи от греющего теплоносителя к поверхности стенки и от поверхности
стенки к нагреваемому теплоносителю, соответственно, Вт/(м²· К), ([7]):
(2.13)
(Вт/(м²· К))
(2.13)
(Вт/(м²· К))
2.3. Определение
площади поверхности теплообмена
Принимаются
значения термических сопротивлений слоев загрязнений с двух сторон стенки, , , (м2· К)/Вт; ([7],
таблица П.1.2), ((м2·
К)/Вт), ((м2·
К)/Вт);
В
качестве материала материал пластин и патрубков – сталь 12Х18Н10Т. По средней
температуре стенки определяется
коэффициент теплопроводности стенки , Вт/(м · К), ([7], таблица
П.1.3), (Вт/(м
· К)).
Суммарное
термическое сопротивление, (м² · К)/Вт, ([7]):
(2.14)
((м² · К)/Вт)
Коэффициент
теплопередачи, Вт/(м² · К), ([7]):
(2.15)
(Вт/(м² · К))
Среднелогарифмический
температурный напор при противотоке возьмём из предыдущих расчетов.
Требуемая
поверхность теплообмена, м²,([7]):
(м²)
Фактическая
поверхность теплообмена, м²,([7]):
(2.17)
м²
Рассчитываем
относительный запас площади поверхности теплообмена , %,([7]):
(2.18)
%
2.4.
Расчет гидравлических сопротивлений при движении теплоносителей
Рассчитаем
гидравлические сопротивления при движении нагревающего и нагреваемого
теплоносителя, МПа, ([7]):
(2.19)
(МПа)
(МПа)
где – коэффициент
общего гидравлического сопротивления, ([7], таблица П.2.2)
– – приведенная длина канала, м, ([7], таблица П.2.2), (м).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе выполнения
курсовой работы были получены навыки применения теоретических знаний при
решении теплотехнических задач. По расчёту и проектированию рекуперативных
теплообменных аппаратов, а также закрепил знания по основным разделам курса
«Тепломассообмен».
В данной курсовой работе
был произведён тепловой конструктивный расчёт рекуперативного кожухотрубчатого
теплообменника, а также тепловой расчёт пластинчатого теплообменника.
Были выполнены чертежи
рекуперативного кожухотрубчатого теплообменника (формат А1) и пластинчатого
рекуперативного теплообменного аппарата (формат А3).
ЛИТЕРАТУРА
1. Дытнерский, Ю.И. Основные процессы и
аппараты химической технологии. Курсовое проектирование /Ю.И. Дытнерский, Г.С.
Борисов, В.П. Брыков. – М.: Химия, 1991. – 412 с.
2. Копко, В.М. Пластинчатые
теплообменники в системах централизованного теплоснабжения. Курсовое и
дипломное проектирование: учебное пособие. /В.М. Копко, М.Г. Пшоник. – Мн.:
БНТУ, 2005. – 199 с.
3. Нащокин, В.В. Техническая
термодинамика и теплопередача /В.В. Нащокин. – М.: Высш. шк., 1980. – 469 с.
4. Проектирование тепловых пунктов.
СП-41-101-95.
5. Промышленная теплоэнергетика и
теплотехника: Справочник /под общей ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. – М.:
Энергоатомиздат, 1989. – Кн. 4. – 586 с.
6. Тепловая изоляция оборудования и
трубопроводов. СНиП 2.04.14. – 88.
7. Тепломассообмен: метод. указания к курсовой
работе по одноим. курсу для студентов специальностей 1 – 43 01 05 «Промышленная
теплоэнергетика» и 1 – 43 01 07 «Техническая эксплуатация энергооборудования
организаций» /авт.-сост.: А.В. Овсянник, М.Н. Новиков, А.В. Шаповалов. –
Гомель: ГГТУ имени П.О. Сухого», 2007. – 37 с.