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.