курсач. Курсовая работа По дисциплине Теплотехнический расчет транспортно технологических систем

• Название: Курсовая работа По дисциплине Теплотехнический расчет транспортно технологических систем
• Дата: 09.01.2023
• Размер: 79.86 Kb.
• Имя файла: курсач .docx
• Тип: Курсовая; #878681

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

(ФГБОУ ВО ИрГУПС)»
Факультет транспортных систем

Кафедра «Вагоны и вагонное хозяйство»


Курсовая работа

По дисциплине: «Теплотехнический расчет транспортно – технологических систем»


Выполнил Проверил

студент гр. ЭТТм.1-22-1 к.т.н., доцент

Дроняк Д. П. Матвиенко А. С.
Иркутск 2022

Задание 1

В секционном теплообменном аппарате типа «труба в трубе» вода с расходом , движущаяся по внутренней трубе, охлаждается до . Холодная вода с расходом поступает в аппарат с температурой . Конструктивные параметры теплообменника: внутренний диаметр большой трубы м, внутренний диаметр малой трубы мм, наружный мм, длина каждой секции не более м, количество трубок в каждой секции (внутри большой трубы) . Трубы выполнены из нержавеющей стали. Температура горячего теплоносителя на выходе в теплообменный аппарат принять их интервала . Определить число параллельно и последовательно соединенных секций и , тепловую мощность аппарата Q, скорости движения теплоносителей и , и температуру холодного теплоносителя на выходе из аппарата . Схема движения теплоносителей – противоток.

Решение.

Тип расчёта – тепловой конструктивный. При выполнении теплового конструктивного расчета определяют поверхность теплообмена, необходимую для нагрева холодного теплоносителя или охлаждения горячего теплоносителя до заданной температуры.

Последовательность теплового конструктивного расчета следующая:

1. Из уравнения теплового баланса находим тепловую мощность аппарата Q и температуру холодного теплоносителя на выходе из теплообменника .

Для однофазных теплоносителей уравнение теплового баланса примет вид:



Поскольку температуры горячего теплоносителя заданы по условию, то из левой части уравнения теплового баланса рассчитываем тепловую мощность теплообменника Q.

Для этого по табл. 1.65 [1] при средней температуре горячего теплоносителя находим удельную теплоемкость воды .

Тогда тепловая мощность аппарата равна:



Зная Q, из правой части уравнения теплового баланса находим температуру холодного теплоносителя на выходе из теплообменного аппарата:



Удельная теплоемкость зависит от искомой температуры , поэтому расчет ведем методом последовательных приближений.

В первом приближении примем . По табл. 1.74 [1] при средней температуре холодного теплоносителя находим кДж/(кг·К).

Рассчитываем температуру холодного теплоносителя на выходе во втором приближении:



Расхождение между принятым и полученным значениями температуры составляет



Погрешность итерационного процесса определения температуры больше 5 %, поэтому расчет повторяем. При этом удельную теплоемкость воды находим по табл. 1.74 [1] для нового значения . При средней температуре холодного теплоносителя находим кДж/(кг·К).

Рассчитываем температуру холодного теплоносителя на выходе в третьем приближении:



Расхождение между принятым и полученным значениями температуры составляет



Расхождение между температурами второго и третьего приближения меньше 5 %, поэтому расчет заканчиваем. Для дальнейших расчетов принимаем температуру холодного теплоносителя на выходе равной

2. Из уравнения неразрывности (1.12) определяем скорость движения горячего и холодного теплоносителей.

При этом для секционного теплообменника типа «труба в трубе» предварительно необходимо найти количество параллельно соединенных секций. Алгоритм определения приведен в разделе 3.3 учебного пособия.

– Из уравнения неразрывности находим скорости движения теплоносителей без распараллеливания потоков теплоносителей, т.е. при



В данном случае воздух движется в межтрубном пространстве, поэтому площадь поперечного сечения для прохода горячего теплоносителя равна





Холодный теплоноситель вода движется в трубках, поэтому площадь поперечного сечения для прохода холодного теплоносителя находим по формуле



Плотность горячей воды находим при средней температуре по табл. 1.74 [1] . Плотность холодной воды находим при средней температуре по табл. 1.74 [1] .

Рассчитываем скорости движения теплоносителей при :





– Сравниваем значения скоростей и с рекомендуемым интервалом изменения скоростей:



Скорость горячего теплоносителя попадает в требуемый диапазон значений, а скорость холодного теплоносителя превышает максимально допустимую , поэтому необходимо распараллеливание потока горячего теплоносителя.

– Выбираем число параллельных секций таким образом, чтобы скорость воды находилась в рекомендуемом интервале значений. Для этого примем скорость холодного теплоносителя (воды), например, зад и определим число параллельных секций для движения холодного теплоносителя по формуле:



Уточняем и при :





3. Строим график изменения температур теплоносителей вдоль поверхности нагрева Т=f(F) и рассчитываем среднюю разность температур теплоносителей .

Схема движения теплоносителей – противоток. Так как , и соответственно , то выпуклость кривых изменения температуры теплоносителей направлена в сторону холодного теплоносителя – вниз.

Из графика Т=f(F) определяем максимальную и минимальную разности температур теплоносителей:







Рис. 1. Изменение температуры теплоносителей вдоль поверхности нагрева

Отношение поэтому среднюю разность температур рассчитываем по формуле:



4. Рассчитываем коэффициенты теплоотдачи и коэффициент теплопередачи k.

Основная сложность определения коэффициентов теплоотдачи и заключается в том, что в критериальные формулы входят величины, зависящие от температур наружной и внутренней стенок и , поэтому расчёт ведут методом последовательных приближений по одному из алгоритмов, описанных в разделе 1.5. Выполним расчет по первому алгоритму.

– Задаем неизвестные температуры стенок и в первом приближении:





– По табл. 1.11 [1] при средней температуре стенки находим коэффициент теплопроводности хромистой нержавеющей стали марки 1Х13 (Ж1) Вт/(мК).

– По критериальным уравнениям определяем коэффициенты теплоотдачи со стороны горячего и холодного теплоносителей и .

Находим коэффициент теплоотдачи при вынужденном движении воздуха в межтрубном пространстве .

При движении теплоносителя в каналах сложной формы в качестве определяющего размера принимают эквивалентный диаметр , который для межтрубного пространства теплообменника «труба в трубе» с числом трубок n рассчитывается по формуле



По табл. 1.74 [1] при определяющей температуре находим физические свойства воды: 68 Вт/(мК); Пас; . При температуре стенки находим

Рассчитываем критерий Рейнольдса и определяем режим течения:



Число Рейнольдса больше 10000, поэтому режим течения воздуха турбулентный.

По критериальной формуле (1.41) для турбулентного режима течения получим:



Находим коэффициент теплоотдачи



Находим коэффициент теплоотдачи .

По табл. 1.74 [1] при определяющей температуре находим физические свойства воды: 63,35 Вт/(мК); Пас; . При температуре стенки находим

Определяющий размер – внутренний диаметр трубок .

Рассчитываем критерий Рейнольдса и определяем режим течения:



Число Рейнольдса больше 10000, поэтому режим течения воздуха турбулентный.

По критериальной формуле (1.41) для турбулентного режима течения получим:



Находим коэффициент теплоотдачи :



– Определяем коэффициент теплопередачи k.

Отношение наружного диаметра стенки трубы к внутреннему диаметру меньше двух ( ), поэтому коэффициент теплопередачи рассчитываем по формуле для плоской стенки. При этом термическим сопротивлением загрязнений пренебрегаем ( ).



– Уточняем температуры стенок и . Для этого рассчитаем плотность теплового потока через стенку между средними температурами и теплоносителей



Температуры стенок найдем по формулам





Расхождение между принятым и полученным значениями температуры составляет:





Так как расхождение больше 5 %, то расчет проводим аналогично пункту 4 для новых значений и . Заметим, что в формулах для расчета и изменятся только значение критериев Прандтля и .

Из табл. 1.11 [1] найдем коэффициент теплопроводности хромистой нержавеющей стали марки 1Х13 (Ж1) Вт/(мК) при средней температуре стенки



Рассчитываем и .

По табл. 1.65 [1] при температуре стенки находим

По табл. 1.74 [1] при температуре стенки находим

Рассчитываем коэффициент теплоотдачи :





Рассчитываем коэффициент теплоотдачи :





Рассчитываем коэффициент теплоотдачи k:



Уточняем температуры стенок и .







Расхождение между принятым и полученным значениями температуры составляет:





Так как расхождение между рассчитанным вновь и предыдущим значениями температур стенок меньше 5 %, то расчет заканчиваем. Для дальнейших расчетов принимаем коэффициент теплопередачи равным Вт/(м2·К).

5. Находим площадь поверхности теплообмена F из уравнения теплопередачи (1.19):



6. Определяем количество последовательно соединенных секций по формуле (3.22). При условии в качестве расчетного принимаем внутренний диаметр .

По условию задачи l  4 м, длину каждой секции принимаем равной l = 2м.



Уточняем длину трубок по формуле



Использованные источники

1. Бухмиров, В.В. Справочные материалы для решения задач по курсу «Тепломассообмен»: учеб. пособие / В.В. Бухмиров, Д.В. Ракутина, Ю.С. Солнышкова; ГОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». – Иваново: ИГЭУ, 2009. – 102 с.