Курсовая работа. Расчет теплообменного аппарата. Вариант 26. Курсовой проект по теплопередаче Тема проекта Расчет теплообменного аппарата Вариант 26 Преподаватель Богомолова Н. П. Студент Сергеев А. Д
![]()
|
Московский Государственный Университет Инженерной Экологии Кафедра “Теплотехника и теплопередача” Курсовой проект по теплопередаче Тема проекта: Расчет теплообменного аппарата Вариант №26 Преподаватель: Богомолова Н. П. Студент: Сергеев А. Д. Группа: М - 38 Москва 2006 РАСЧЕТ И ОПТИМИЗАЦИЯ НА ЭВМ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА Цель работы. Ознакомление с классификацией теплообменных аппаратов, изучение основ их теплового и гидравлического расчетов, анализ влияния параметров теплообменного аппарата на интенсивность теплообменных процессов. Теплообменники — это устройства, в которых теплота переходит от одной среды к другой. Теплообмен между теплоносителями является одним из наиболее важных и часто используемых в технике процессов. Например, получение пара заданных параметров в современном парогенераторе основано на процессе передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. В конденсаторах и градирнях тепловых электростанций, воздухоподогревателях доменных печей и многочисленных теплообменных устройствах химической промышленности основным рабочим процессом является процесс теплообмена между теплоносителями. По принципу действия теплообменные аппараты могут быть разделены па рекуперативные, регенеративные и смесительные. Выделяются еще теплообменные устройства, в которых нагрев или охлаждение теплоносителя осуществляется за счет внутренних источников теплоты. Рекуперативные теплообменные аппараты представляют собой устройства, в которых две жидкости с различными температурами текут в пространстве, разделенном твердой стенкой. Теплообмен происходит за счет конвекции и теплопроводности стенки, а если хоть одна из жидкостей является излучающим газом, то и за счет теплового излучения. Примером таких аппаратов являются котлы, подогреватели, конденсаторы выпарные аппараты и др. Регенераторы — такие теплообменные аппараты, в которых одна и та же поверхность нагрева через определенные промежутки времени омывается то горячей, то холодной жидкостью. Сначала поверхность регенератора отбирает теплоту от горячей жидкости и нагревается, затем поверхность регенератора отдает энергию холодной жидкости. Таким образом, в регенераторах теплообмен всегда происходит в нестационарных условиях, тогда как рекуперативные теплообменные аппараты большей частью работают в стационарном режиме. Типичным примером регенеративных аппаратов являются воздухоподогреватели мартеновских и доменных печей. Так как в регенеративных и рекуперативных аппаратах процесс передачи теплоты неизбежно связан с поверхностью твердого тела, то их еще называют поверхностными. В смесительных аппаратах теплопередача осуществляется при непосредственном контакте и смешении горячей и холодной жидкостей. Типичным примером таких теплообменников являются градирни тепловых электрических станций. В градирнях вода охлаждается атмосферным воздухом. Воздух непосредственно соприкасается с водой и перемешивается с паром, возникающим из-за частичного испарения воды. В теплообменниках с внутренними источниками энергии применяются не два, как обычно, а один теплоноситель, который отводит теплоту, выделенную в самом аппарате. Примером таких аппаратов могут служить ядерные реакторы, электронагреватели и другие устройства. Независимо от принципа действия теплообменные аппараты, применяющиеся в различных областях техники, как правило, имеют свои специальные названия. Эти названия определяются технологическим назначением и конструктивными особенностями теплообменных устройств. Однако с теплотехнической точки зрения вес аппараты имеют одно назначение — передачу теплоты от одного теплоносителя к другому или поверхности твердого тела к движущимся теплоносителям Задание для расчета. Определить требуемые площадь поверхности теплообмена кожухотрубчатого теплообменного аппарата (рис.1.) и суммарную на прокачивание теплоностителей по его каналам N для охлаждения горячего теплоносителя с массовым расходом температуры t1’ на входе в теплообменный аппарат до температуры t1” на выходе из него. Температура холодного теплоносителя (воды) изменяется от t2’ на входе в теплообменный аппарат до t2’’ на выходе из него. Горячий теплоноситель движется внутри n труб с внутренним диаметром d равным 14 мм. Толщина стенки труб равна 1мм. Вода обтекает трубы теплообменного аппарата снаружи продольно, двигаясь в межтрубном кнале, образованном поверхностями труб и кожухом с внутренним диаметром D. ![]() 1.Исходные данные. 1.1.Горячий теплоноситель – метанол. 1.2.Температуры теплоносителей: t1’ =160 оС; t1”=100 оС; t2’ =40 оС; t2’’=80 оС; 1.3.Расход горячего теплоносителя: М1=4,2 кг/с 1.4.Схема движения теплоносителей – прямоток. 1.5.Параметры теплообменного аппарата: D=0.08м; d=0,014м; ![]() 1.6.Теплопроводность материала труб ![]() 2.Тепловой расчет. 2.1.Средний температурный напор (прямоток) ![]() 2.2. Определяющие температуры Для воды: t2 = ![]() ![]() Для метанола: t1 = t2+tср = 60+55,55 = 115,55 0С 2.3. Теплофизические свойства теплоносителей при определяющих температурах.
2.4. Площади поперечного сечения каналов Внутри труб: ![]() В межтрубном пространстве: ![]() 2.5. Эквивалентный диаметр межтрубного пространства ![]() 2.6 Определяем тепловой поток ![]() 2.7 Определяем расход холодного теплоносителя (воды) ![]() 2.8. Скорости движения теплоносителей ![]() 2.9.Числа Рейнольдса ![]() ![]() Режим турбулентный ![]() Режим турбулентный ![]() 2.10 Числа Нуссельта в первом приближении Зададимся температурой стенки в первом приближении tСТ = ![]()
2.11 Определяем числа Нуссельта в первом приближении Nu = ![]() PrЖ1 = ![]() PrЖ2 = ![]() PrСТ1 = ![]() PrСТ2 = ![]() Nu1 = 0,021*187517.60,8*3,3520,43*(3,352 / 4,2)0,25 = 522,1; Nu2 = 0,021*53026.820,8*2,970,43*(2,97 / 2,03)0,25 = 222,07; 2.12 Определяем коэффициенты теплоотдачи Nu = ![]() αi = ![]() α1 = ![]() α2 = ![]() 2.13 Определяем линейный коэффициент теплопередачи k1 = ![]() 2.14 Определяем температуры стенки во втором приближении tСТ1 = tЖ1 - ![]() ![]() tСТ2 = tЖ + ![]() ![]()
2.15 Определяем числа Нуссельта во втором приближении Nu = ![]() PrЖ1 = ![]() PrЖ2 = ![]() PrСТ1 = ![]() PrСТ2 = ![]() Nu1 = 0,021*187517.60,8*3,3520,43*(3,352 / 4,466)0,25 = 543; Nu2 = 0,021*53026.820,8*2,970,43*(2,97 / 2,36)0,25 = 214.2; 2.16 Определяем коэффициенты теплоотдачи α1 = ![]() α2 = ![]() 2.17 Определяем линейный коэффициент теплопередачи k2 = ![]() 2.18. Площадь поверхности теплообменника ![]() 2.19. Длина каналовм 3.Гидравлический расчет теплообменника3.1 Определяем коэффициенты гидравлического трения ![]() ![]() ![]() ![]() 3.2 Определяем перепад давления в каналах ![]() ![]() ![]() ![]() 3.3 Определяем мощности на прокачивание теплоносителей по каналам ![]() ![]() ![]() ![]() 3.4 Определяем коэффициент поверхности теплообмена E = ![]() ![]() |