Тепловой расчет теплообменных аппаратов
Министерство Образования Российской
Федерации
Российский Государственный
Университет Нефти и Газа им. И. М. Губкина
Кафедра термодинамики и тепловых
двигателей
Курсовая работа по теплотехнике
«Тепловой расчет теплообменных
аппаратов»
Задание №13
Москва 2015
Оглавление
I. Введение
II. Конструктивный тепловой расчет
III. Проверочный тепловой расчет
IV. Графическая часть курсовой работы
Вывод
Список литературы
.
Введение. Классификация теплообменных аппаратов
Теплообменными аппаратами (ТА) называются устройства, предназначенные для
передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. Теплообменные аппараты
широко применяются в нефтедобывающей, газовой, нефтеперерабатывающей и
химической промышленности. Такое широкое использование теплообменного
оборудования в нефтяной и газовой промышленности обязывает специалистов уметь
их рассчитывать, обобщать опыт их эксплуатации, анализировать рабочий процесс и
намечать пути повышения эффективности их работы. Эффективная работа
теплообменных аппаратов приводит к экономии энергии, сокращению расхода топлива
и улучшает технико-экономические показатели производственных процессов.
В зависимости от расположения теплообменных труб различают теплообменные
аппараты горизонтального и вертикального типов.
В зависимости от числа перегородок в распределительной камере и задней
крышке кожухотрубные теплообменные аппараты делятся на одноходовые, двухходовые
и многоходовые в трубном пространстве.
В зависимости от числа продольных перегородок, установленных в межтрубном
пространстве, кожухотрубные теплообменные аппараты делятся на одно- и
многоходовые в межтрубном пространстве.
Целью конструктивного теплового расчета является определение типа
теплообменного аппарата и его конструкции.
При проверочном тепловом расчете определяется мощность выбранного
стандартного теплообменного аппарата Qст и действительные конечные температуры теплоносителей (t1д¢¢, t2д¢¢). В результате этого расчета выясняется возможность
использования стандартного теплообменника при заданных температурных режимах
теплоносителей.
II.
Расчетная часть
) Определение неизвестного массового расхода воды G2 и параметров теплоносителей.
Теплоноситель
|
G, т/ч
|
t`, C
|
t``, C
|
tср, C
|
Горячий теплоноситель
(воздух)
|
15
|
120
|
70
|
95
|
Холодный теплоноситель
(вода)
|
?
|
20
|
50
|
35
|
Дано:
средняя
температура теплоносителей
Выписываем теплофизические свойства при tср:
|
|
Pr,
|
|
|
|
|
Горячий теплоноситель
|
Воздух
|
1.009
|
0,703
|
22.9
|
0,9461
|
0.0314
|
Холодный теплоноситель
|
Вода
|
4.179
|
4.34
|
0.658
|
992.2
|
0.611
|
Для нахождения массового расхода записываем уравнение теплового баланса:
находим тепловую мощность Q:
G1=15
т/ч = 15*1000/3600 кг/с = 4,167 кг/с
-
коэффициент, учитывающий потери тепла в окр. среду.
По
рекомендациям направляем воздух в межтрубное пространство, а воду в трубное.
)
Определим среднюю разность температур между теплоносителями по уравнению Грасгофа:
3)
Определим водяной эквивалент KF и площадь поверхности теплообмена
Коэффициент
теплопередачи K предварительно принимается по оценке
От
газа к жидкости = 50
Выбор
типа, конструкции и размеров теплообменного аппарата:
а)
Выбираем теплообменник кожухотрубчатый, с неподвижными трубными решетками.
б)
По рекомендациям направляем воздух в межтрубное пространство, а воду в трубы.
в)
По величине расчетной площади поверхности теплообмена, предварительно выбираем
двухходовой аппарат с площадью теплообмена с
трубами длиной 2 м.
Конструктивные
характеристики выбранного аппарата.
Диаметр кожуха , мм800
|
|
Наружный диаметр
теплообменных труб , м0,025
|
|
Число ходов по трубам, 2
|
|
Площади проходного сечения
одного хода:
|
|
По трубам , 0,077
|
|
В вырезе перегородки , 0,065
|
|
Между перегородками , 0,070
|
|
Площадь поверхности
теплообмена , 69
|
|
Длина теплообменных труб L,
м
|
2
|
) Расчет коэффициента теплопередачи.
Для
расчета необходимо посчитать и .
где
Re, Pr - числа подобия теплоносителя, движущегося в трубах
ТА, при среднеарифметической температуре потока. Prc - число
Прандтля теплоносителя, движущегося в теплообменных трубах ТА при средней
температуре стенки труб.
-
коэффициент теплопроводности теплоносителя, движущегося в трубах ТА. и -
наружный диаметр и толщина стенки теплообменных труб.
Средняя
скорость теплоносителя в трубном пространстве:
Число
Рейнольдса:
Ламинарный
режим течения
Из
таблицы определяем следующие константы:
C=0,15; j=0,33;
у=0,43; i=0,1
Определим
из таблицы при :
Подставим:
Рассчитаем
коэффициент теплоотдачи теплоносителя в межтрубном пространстве:
где
значения коэффициентов С, Сz, C1, m, n выбираются из таблицы в зависимости от расположения
труб в пучке и значения числа Рейнольдса:
Выберем
расположение труб в пучке в виде треугольника.
Вычислим
среднюю скорость теплоносителя в межтрубном пространстве:
Число
Рейнольдса:
Выбираем
коэффициенты:
m=0,6; n=0,36;
C=0,637; Cz=1; C1=0,36;
Выбираем
для воздуха при
Рассчитаем
Дополнительные
термические сопротивления:
-
сопротивления загрязнений на поверхности ТА, создаваемые охлаждающей водой.
Уточняем
k:
,
Уточняем
F расч:
Погрешность
F:
Окончательный
выбор теплообменника:
Площадь поверхности
теплообмена F, м2
|
69
|
Диаметр кожуха , мм800
|
|
Наружный диаметр
теплообменных труб , мм25
|
|
Площади проходного сечения :
|
Одного хода по трубам , 7,7
|
|
В вырезе перегородки , 6,5
|
|
Между перегородками , 7,0
|
|
Длина трубы l = 2000 мм..
Проверочный тепловой расчет теплообменного аппарата
Вычислим
приведенный водяной эквивалент :
Тепловая
мощность равна:
2) Определим действительные температуры теплоносителей на выходе
теплообменного аппарата:
IV. Графическая
часть
Нахождение
промежуточных точек на диаграмме:
Для
расчёта возьмём половину площади поверхности теплообмена (F=35
м2), тогда .
Определим
промежуточные температуры:
Рис. 1. Двухходовой кожухотрубчатый теплообменник с неподвижными трубными
решетками:
1 -
распределительная камера; 2 - кожух; 3 - теплообменная труба; 4 - поперечная
перегородка; 5 - трубная решетка; 6 - задняя крышка кожуха;7 - опора; 8 - дистанционная
трубка; 9 - штуцеры; 10 - перегородка в распределительной камере; 11 -
отбойник.
Схема движения теплоносителей и положение перегородок в распределительной
камере и задней крышке теплообменного аппарата
Число ходов по трубам
|
Распределительная камера
|
Задняя крышка
|
2
|
|
|
теплообменник труба распределительный камера
Вывод
В процессе расчёта теплообменного аппарата был определён тип ТА, его
конструкция, определена мощность системы ТА, действительные конечные
температуры теплоносителей, в результате чего подтверждена возможность
использования теплообменного аппарата при заданных температурах теплоносителей.
Также была построена температурная диаграмма системы теплоносителей.
Список
использованной литературы
1. А.Ф.Калинин
- Расчет и выбор конструкции кожухотрубного теплообменного аппарата - Москва,
2002.
2. А.К.Трошин
- Теплоносители тепло- и массообменных аппаратов и их теплофизические свойства
- Москва, 2006.