Да. Курсовая работа по учебной дисциплине Тепломассообмен

• Название: Курсовая работа по учебной дисциплине Тепломассообмен
• Дата: 12.03.2022
• Размер: 70.93 Kb.
• Имя файла: р.docx
• Тип: Курсовая; #393245

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого

Политехнический институт

Кафедра «Промышленная энергетика и транспорт»

РАСЧЁТ ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЯ

Курсовая работа по учебной дисциплине

«Тепломассообмен»

Пояснительная записка к курсовой работе

по специальности (13.03.01.10 Теплоэнергетика и теплотехника)

Руководитель

( ) А.В. Капустин

« » 2021 г.
Студент группы 9411

( ) А.М. Жданов

« » 2021 г.

Великий Новгород

2021

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого

Политехнический институт

Кафедра «Промышленная энергетика и транспорт»

Утверждаю

Зав. Кафедрой ПЭ и Т

___________ И.В. Швецов

«____» ________ 2021г.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Студент Жданов А.М. Группа 9411 Вариант 7

Учебная дисциплина: Тепломассообмен

• 
  Тема курсовой работы Расчет воздухоподогревателя
  

Срок представления курсовой работы к защите до «___» _____2021 г.

• 
  Исходные данные:
  

Дымовые газы движутся внутри трубчатого воздухоподогревателя. Воздух движется в межтрубном пространстве, поперечно омывая пучки труб. Воздухоподогреватель размещается в газоходе прямоугольного сечения.

Расположение труб в пучке-шахматное.

• 
  Объемный расход греющих дымовых газов при нормальных условиях, , =30
  
• 
  Средняя скорость газов, , =10
  
• 
  Температура газов на входе, , =270
  
• 
  Температура газов на выходе, , =130
  
• 
  Температура воздуха на входе, , = 20
  
• 
  Температура воздуха на выходе, , = 180
  
• 
  Наружный диаметр труб, мм, d=40
  
• 
  Толщина стенки труб, мм, = 1,5
  
• 
  Поперечный шаг труб, мм, =54
  
• 
  Продольный шаг труб, мм, =42
  
• 
  КПД воздушного вентилятора = 0,9
  
• 
  КПД дымососа = 0,65
  
• 
  Схема движения теплоносителей:
  

4. Состав и содержание пояснительной записки курсовой работы:

• 
  Титульный лист;
  
• 
  Задание на курсовую работу;
  
• 
  Содержание;
  
• 
  Введение;
  
• 
  Расчетная часть;
  

1. 
   Тепловой конструктивный расчет воздухоподогревателя;
   
2. 
   Гидромеханический расчет воздухоподогревателя и расчет мощностей дымососа и вентилятора, необходимых для преодоления гидравлических сопротивлений воздухоподогревателя
   

• 
  Заключение (анализ полученных результатов)
  
• 
  Приложение (при необходимости)
  
• 
  Список литературы
  

5. Рекомендуемая литература

Цветков Ф.Ф., Григорьев Б.А. Тепломассообмен: учебник для вузов – М.: Издательский дом МЭИ, 2011. – 562 с.

Брюханов, О.Н. Тепломассообмен: Учебник / О.Н. Брюханов, С.Н. Шевченко. - М.: НИЦ Инфра-М, 2013. - 464 c.

Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи.-М.: Энергия, 1977. – 348 с.

Расчет воздухоподогревателя. Метод. указ. к курсовой работе/

Сост.: Сунцов А.И., Мусатов Ю.В. Саратов, СПИ. 1983. – 25 с.

СТО1.701-2010 Текстовые документы. Общие требования к построению и оформлению.

Руководитель проекта А.В. Капустин.

Задание к исполнению принял « » .

Содержание

Введение…………………………………………………………………... 5

1 Тепловой конструктивный расчёт……………………………………... 6

2 Гидравлический расчёт воздухоподогревателя и расчёт мощности дымососа и вентилятора…………………………………………………...21

Заключение…………………………………………………………………27

Список литературы………………………………………………… ……..26

Введение

Воздухоподогреватель – это устройство, предназначенное для подогрева воздуха, направляемого в топку котельного агрегата, с целью повышения эффективности горения топлива за счёт тепла уходящих газов. Наиболее распространёнными в промышленности являются рекуперативные и регенеративные воздухоподогреватели. В данной курсовой работе мы проводим расчёт именно с рекуперативным воздухоподогревателем.

Рекуперативный воздухоподогреватель – устройство, в котором два теплоносителя с различными температурами разделены сплошной стенкой. Теплообмен происходит за счет конвекции между теплоносителем и стенкой и теплопроводности через стенку.

В рекуперативном воздухоподогревателе тепло продуктов сгорания передается непрерывно воздуху через стенку, разделяющую теплообменивающиеся среды. В регенеративном воздухоподогревателе тепло передается металлической насадкой, которая периодически нагревается продуктами сгорания, а затем отдает аккумулированное в ней тепло нагреваемому воздуху. Воздухоподогреватели воспринимают 7–15% тепла, отдаваемого продуктам сгорания.
Рекуперативные (трубчатые) воздухоподогреватели просты по конструкции, надежны в работе и более плотны, чем другие системы воздухоподогревателей. Недостатком трубчатых воздухоподогревателей являются относительно большие удельный расход металла и удельный объем.
Тепловой расчёт сводится к совместному решению уравнений теплового баланса и теплопередачи. В результате данного расчёта определяются величина поверхности теплообмена и габаритные размеры теплообменного аппарата.

Основной задачей гидравлического расчёта является определение потерь давления теплоносителей (гидравлических сопротивлений) в теплообменном аппарате. Результаты расчёта служат основой для определения мощности дымососа и вентилятора, затрачиваемой на преодоление сопротивлений газового и воздушного трактов воздухоподогревателя.

1 Тепловой конструктивный расчет

Цель конструктивного расчета заключается в определении площади теплообмена при заданных расчетах.

В основе теплового расчета рекуперативных теплообменников заложено уравнение теплового баланса [1]

, (1)

где

– теплота, передаваемая от горячего теплоносителя, В воздухоподогревателе горячий теплоноситель – дымовые газы ;

∆Q – потери теплоты в окружающую среду, для воздухоподогревателей в среднем составляет 0,5% которыми пренебрегаем,

Площадь поверхности теплообменника определяется из уравнения теплопередачи [2]

, (2)

где

F – площадь поверхности теплообмена,

k – коэффициент теплопередачи,

– средняя температура напора, K

Количество теплоты, передаваемой дымовыми газами воздуху (теплопроизводительность теплообменника)

, (3)

где

G – массовый расход дымовых газов, ;

– средняя изобарная массовая теплоемкость дымовых газов от t’ до t”

Массовый расход определяем по формуле

(4)

V° – расход дымовых газов при физически нормальных условиях (принимаем по заданию),

– плотность дымовых газов при физически нормальных условиях, (принимаем по таблице свойств дымовых газов) ,

Массовый расход дымовых газов по (4) равен



Средняя изобарная теплоемкость дымовых газов определяем по формуле

, (5)

где

q – массовая доля i-го компонента дымовых газов

В задании нам дан объемный/молярный состав дымовых газов, мы переходим от объемного к массовому

, (6)

где

– молярная масса смеси газов,

– объемная доля i-го компонента дымовых газов

Молярная масса дымовых газов рассчитывается по формуле



Молярная масса дымовых газов равна



Находим массовые доли i-ых компонентов дымовых газов

Массовая доля азота



Массовая доля углекислого газа



Массовая доля воды



Проверка

(расчет верен)

Массовая теплоемкость дымовых газов от

, (7)

где

изобарная теплоемкость дымовых газов от 0°С до температуры газа на входе, ;

– изобарная теплоемкость дымовых газов от 0°С до температуры газа на выходе,

Изобарную массовую теплоемкость каждого элемента дымовых газов находим методом линейной интерполяции (данные берем из таблицы дымовых газов методички)

, (8)

Изобарная теплоемкость для азота равна







По формуле (8) изобарная теплоемкость азота для 270 °С и 130 °С




Изобарная теплоемкость азота в интервале от 130˚С до 270˚С по (7) равна



Изобарная теплоемкость для углекислого газа







По формуле (8) изобарная теплоемкость углекислого газа для 270 °С и 130 °С





Изобарная теплоемкость углекислого газа в интервале от 130˚С до 270˚С по (7) равна



Изобарная теплоемкость для воды равна







По формуле (8) изобарная теплоемкость воды для 270 °С и 130 °С





Изобарная теплоемкость воды в интервале от 130˚С до 270˚С по (7) равна



Изобарную теплоемкость дымовых газов определяем по (5) равна



Находим индивидуальную газовую постоянную

,

где

– универсальная газовая постоянная



Количество теплоты, передаваемой дымовыми газами воздуху (теплопроизводительность теплообменника) по (3) равна



Начинаем рассчитывать площадь поверхности теплообмена





Для определения числа Нуссельта оценим характер движения

Определяем число Рейнольдса

, (9)

где

– скорость дымовых газов,

– внутренний диаметр, м

– кинематическая вязкость, которую определяем по таблице дымовых газов

Найдем внутренний диаметр трубы

,

где

– толщина стенки, мм

– внешний диаметр, мм



Определим среднюю температуру дымовых газов

,

где

– температура газа на входе

– температура газа на выходе



Кинематическую вязкость при средней температуре дымовых газов равно



Число Рейнольдса по (9) равно



При – движение устойчивое турбулентное

При =11280>10000 турбулентное движение

По формуле Петухова для газов и жидкостей для 0,5< <200 и 4000< <1000000 находим число Нуссельта.

, где

Nu – число Нуссельта при стабилизированных течении и теплообмене, а также постоянных свойств жидкости и газа.

– коэффициент трения








Число Прандтля при средней температуре дымовых газов



Из критерия Нуссельта находим коэффициент теплоотдачи со стороны газа





– коэффициент теплоотдачи со стороны газа,

– внутренний диаметр трубы, м

– теплопроводность газа,

Теплопроводность дымовых газов находим методом линейной интерполяции стр. 552 уч. Цветкова и Григорьева



Находим коэффициент теплоотдачи со стороны газов



Рассчитаем число труб в воздухоподогревателе

,

где

– объемный расход дымовых газов,

– скорость дымовых газов,

– число пи, которое равно 3,14

– внутренний диаметр трубы, м

Находим объемный расход при 200 градусах из уравнения Менделеева-Клапейрона



- давление

– объемный расход дымовых газов,

– массовый расход дымовых газов,

– индивидуальная газовая константа,

– средняя температура дымовых газов, К





Находим плотность дымовых газов при 200 градусов



Рассчитаем число труб:

труб

Определим коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха :

(на основании формулы [1] главы 9 и формулы [2] главы 6)

Для вычисления коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха необходимо:

Задаться числом рядов в пучке по ходу воздуха:





Находим скорость воздуха

,

где

– скорость газа,



Для выбора критериального уравнения нужно найти Число Рейнольдса воздуха

,

Где

– скорость воздуха,

– внешний диаметр трубы, м

– молярная масса воздуха,



У нас шахматное расположение труб в пучке, значит:

Так как в воздухоподогревателе коэффициент теплоотдачи со стороны газов примерно в 2 раза ниже, чем со стороны воздуха, то температура приближенно будет равна (по формуле 7 методички)

Есть 2 уравнения для определения числа Нуссельта воздуха, чтобы определить какое нам нужно, найдем отношение поперечного шага трубы к продольному шагу

Находим отношение поперечного шага трубы к продольному шагу







Найдем температуру стенки по формуле 6 методички

,

где

– средняя температура газа, ˚С

– средняя температура воздуха, ˚С



Число Нуссельта для шахматного пучка труб при высчитываем по формуле [1](на основании формулы [4 и 6], главы 11 учебника Цветкова и Григорьева)

, (10)

где

– отношение поперечного шага трубы к продольному шагу

– число Рейнольдса газа

– число Прандтля газа gb ntv

– коэффициент, учитывающий зависимость свойств жидкости от температуры/
Найдем коэффициент, учитывающий зависимость свойств жидкости от температуры по формуле [1]

(11)

,

где

– число Прандтля воздуха при средней температуре воздуха

– число Прандтля стенки

Находим Число Прандтля при средней температуре воздуха

Найдем среднюю температуру воздуха

,

где

– температура воздуха на входе, ˚С

– температура воздуха на выходе, ˚С







– число Прандтля при средней температуре стенки







Коэффициент, учитывающий зависимость свойств жидкости от температуры по (11) равен



Число Нуссельта по (10) равно



Из критерия Нуссельта найдем коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха



,

где

– коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха,

– внешний диаметр трубы, м

– теплопроводность воздуха,

Находим теплопроводность воздуха





Рассчитываем коэффициент теплопередачи в воздухоподогревателе

,

где

– коэффициент использования поверхности теплообмена

по условию методички



Находим понижение и повышение температуры газов для дымовых газов и воздуха

,

где

– понижение температуры газов, ˚C



,

где

– повышение температуры газов, ˚C











Определяем среднюю температуру напора

, (12)

где

– температурный напор для противотока, рассчитанный как среднелогарифмический

– поправка





(по графику рис.2 методичка)

Средняя температура напора по (12) равна



По рассчитанной теплопроизводительности аппарата из уравнения теплопередачи определяем необходимую величину поверхности теплообмена F_вп по (2)





Находим длину труб ВП

,

где

– средний диаметр трубы, м

– площадь поверхности теплообмена,

n – число труб в воздухоподогревателе







Определяем количество труб в поперечном ряду пучка







, где

– высота одного хода, м

z – число ходов воздуха



,

где

– массовый расход воздуха,



Определяем действительный объемный расход воздуха при средней температуре:

,

где

– объёмный расход воздуха,

– плотность воздуха при средней температуре,

Найдем среднюю температуру воздуха

,

где

– температура воздуха на входе, ˚С

– температура воздуха на выходе, ˚С



– плотность воздуха при средней температуре



Плотность воздуха находим методом линейной интерполяции





Находим проходное сечение одного хода







Уточняем число рядов труб по ходу воздуха



































Определяем ширину и глубину газохода, в котором размещается поверхность теплообмена





















2 Гидромеханический расчет воздухоподогревателя и расчет мощности дымососа и вентилятора

Рассчитываем полный перепад давлений, необходимый для движения жидкости или газа через теплообменник

, (13)

Где

– сопротивление трения на всех участках поверхностей теплообмена, Па

− сумма потерь давления в местных сопротивлениях, Па

– потери давления в местных сопротивлениях, Па

– потери давления из-за самотяги, Па

Вычисляем потери давления, обусловленными силами трения:

,

Где – коэффициент сопротивления потока

– длина трубы в воздухоподогревателе, м

d – внутренний диаметр трубы, м

– плотность газа при средней температуре,

– скорость газа при средней температуре,



Рассчитываем коэффициент сопротивления потока









,

где

– плотность газа во входном сечении трубы,

– скорость газа во входном сечении трубы,

,

где

– плотность газа во выходном сечении трубы,

– скорость газа во выходном сечении трубы,







находим методом линейной интерполяции









находим методом линейной интерполяции





Находим коэффициенты сопротивления с помощью отношения меньшего сечения для прохода дымовых газов к большему:

,

где

– внутренний диаметр трубы, м

n – число труб в число труб в воздухоподогревателе

а – ширина газохода, м

b – глубина газохода, м

– число пи, которое равно 3,14



находим по рисунки 3 методички









Находим потери давления при ускорении потока:





Определяем потери давления из-за самотяги:

,

где

– ускорение свободного падение

l – длина трубы в воздухоподогревателе, м



Вычисляем потери давления газового тракта по (13)

Берем со знаком «+» так как газ идет вниз



Берем со знаком «+» так как газ идет вниз

Гидравлическое сопротивление воздушного тракта

(15)

по методичке

n – число поворотов
n = 1







Расчет воздушного тракта:

Находим диагональный шаг:





Определяем коэффициент, учитывающий геометрическую форму:





Находим число Эйлера

Т.к.







Рассчитываем местное сопротивление шахматного пучка труб:



Определяем гидравлическое сопротивление по воздушной стороне по (15):



Расчет мощностей дымососа и вентилятора, необходимых для преодоления гидравлических сопротивлений воздухоподогревателя

Расчет мощностей тягодутьевых машин производится по формуле:



Где V- объемный расход среды, перемещаемый тягодутьевой машиной,

η-КПД дымососа или вентилятора

Для расчета мощности дымососа находим объемный расход дымовых газов при





Определяем мощность дымососа:





Рассчитываем мощность вентилятора:





Заключение

При проектировании данного воздухоподогревателя были рассчитаны все необходимые данные для его конструирования.

Теплопроизводительность аппарата

Площадь теплообмена

Число рядов труб по ходу воздуха

Длина труб

Ширина газохода

Глубина газохода

Потери давления в воздушном тракте

Потери давления в газовом тракте

Мощность дымососа

Мощность вентилятора

Список литературы:

1. 
   Цветков Ф.Ф., Григорьев Б.А. Тепломасообмен: учебник для вузов – М.: Издательский дом МЭИ, 2011. – 562 с.
   
2. 
   Брюханов, О.Н. Тепломассообмен: Учебник / О.Н. Брюханов, С.Н. Шевченко. - М.: НИЦ Инфра-М, 2013. - 464 c.
   
3. 
   Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи.-М.: Энергия, 1977. – 348 с.
   
4. 
   Расчет воздухоподогревателя. Метод. указ. к курсовой работе/
   
5. 
   Сост.: Сунцов А.И., Мусатов Ю.В. Саратов, СПИ. 1983. – 25 с.
   
6. 
   СТО1.701-2010 Текстовые документы. Общие требования к построению и оформлению.