Методичка для Курсовой(теплотехника). Методические указания по курсовому проектированию для студентов специальностей 090600, 090700, 170200, 250100, 250400, 320700, 330500
 Скачать 2.82 Mb.
|
Таблица 9Оптимальные отверстия под трубы в перегородках
Таблица 10Зазоры между перегородками и кожухом
Поправочный коэффициент Cз может быть рассчитан по формуле  , (21)где  ;  ; fз.п – площадь проходного сечения зазора между перегородкой и кожухом; fз.т - площадь проходного сечения зазора между трубами и отверстиями в перегородках; fм.п - площадь проходного сечения между перегородками.Значения коэффициентов r1 , r2 для стандартных кожухотрубных теплообменных аппаратов приводятся в приложении II, III (табл. 2-5, 3-5). Поправочный коэффициент Cб учитывает влияние на конвективный теплообмен потока, который минует трубный пучок и движется в зазоре между пучком труб и кожухом (байпасный поток). Байпасный поток ухудшает теплообмен в межтрубном пространстве. Для снижения влияния байпасного потока на конвективный теплообмен в кожухе теплообменного аппарата устанавливаются металлические полосы, которые крепятся к поперечным перегородкам. Уплотняющие полосы рекомендуется применять в тех случаях, когда зазор между кожухом и пучком труб превышает 30 мм (рис. 11). Уплотняющие полосы устанавливаются через каждые 4 – 6 рядов труб.  Рис. 11. Схема установки уплотняющих полос: Поправочный коэффициент Cб может быть найден из соотношения  , (22)где  ;  ; fб.п – площадь проходного сечения байпасного потока; fм.п - площадь проходного сечения между перегородками; Zп – число рядов труб между плоскостями, проходящими через кромки перегородок; nп – число пар уплотнительных полос. Значения поправочных коэффициентов r3, Cп,Cз,Cб для стандартных теплообменных аппаратов приводятся в приложении II, III (табл. 2-6, 2-7, 3-6, 3-7). После расчета значений коэффициентов теплоотдачи в трубном αтр и межтрубном αмтр пространстве определяется коэффициент теплопередачи k (ур. 3), уточняется расчетная площадь поверхности теплообмена Fрасч (ур. 4), по величине которой проводится окончательный выбор теплообменника (Приложение II, III). Выбор следует проводить из той же серии теплообменных аппаратов, что и на предварительной стадии, меняя площадь поверхности теплообмена за счет изменения длины теплообменных труб. Если ни один из аппаратов из серии не подходит по площади поверхности теплообмена, следует сделать выбор из другой серии. В этом случае придется повторить расчет, начиная с момента предварительного подбора теплообменника. Если расчетная площадь поверхности теплообмена Fрасч значительно превышает максимальную площадь стандартного ТА Fст из серии , допускается использование системы ТА, состоящий из нескольких стандартных аппаратов из выбранной серии. В случае, если ни один из стандартных теплообменных аппаратов не обеспечивает заданные температурные режимы теплоносителей, допускается модернизация теплообменника, проводимая за счет:
III. ПРОВЕРОЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА Целью проверочного расчета теплообменного аппарата является определение фактической тепловой мощности выбранного стандартного теплообменного аппарата Qст , действительных температур теплоносителей на выходе из ТА (  ,  ) и оценка выбора теплообменного аппарата. Фактическая тепловая мощность выбранного стандартного теплообменного аппарата рассчитывается по формуле Н.И. Белоконя  , (23)где Wm – приведенный водяной эквивалент,  ; (24)Fст – площадь поверхности теплообмена выбранного стандартного теплообменного аппарата; k – коэффициент теплопередачи. Действительные температуры теплоносителей на выходе из теплообменного аппарата определяются из следующих соотношений:  , (25) . (26)Выбор кожухотрубного теплообменного аппарата можно считать приемлемым, если относительные расхождения между действительными ( , ) и заданными ( ,  ) температурами горячего и холодного теплоносителей на выходе из ТА не превышают 5 – 8 %.IV. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА При движении теплоносителей в теплообменных аппаратах возникает гидравлическое сопротивление, которое препятствует движению. На преодоление этого сопротивления расходуется кинетическая энергия потока. Она должна сообщаться жидкости извне насосом, компрессором, вентилятором или другим источником энергии. Цель гидравлического расчета теплообменного аппарата заключается в определении падения давления теплоносителей в трубном и межтрубном пространстве ТА и мощности энергопривода насосов или компрессоров, используемых для прокачки теплоносителей через теплообменный аппарат. 4.1. Расчет падения давления теплоносителей в трубном и межтрубном пространстве ТА Падение давления теплоносителя в трубном пространстве ТА определяется из соотношения  , (27)где pп.тр – падение давления, обусловленное потерями на трение;pм.с – падение давления, обусловленное местными сопротивлениями; pнив – падение давления, обусловленное изменением центра тяжести потока; pуск – падение давления, обусловленное ускорением потока теплоносителя. Потери на трение рассчитываются по формуле Дарси-Вейсбаха   , (28)где l,dв – длина и внутренний диаметр теплообменных труб; тр, wтр – средние плотность и скорость теплоносителя, движущегося в трубах; nх – число ходов по трубному пучку; – коэффициент гидравлического сопротивления внутренней поверхности труб,  при Re 2300, (29) при Re> 2300. (30)Потери давления на преодоление местных сопротивлений определяются по соотношению  , (31)где  ξвх, ξвых – коэффициенты местных сопротивлений на входе и выходе из трубного пространства, ξвх = ξвых = 1,0; ξп – коэффициент местного сопротивления в промежуточной камере при переходе потока из одной секции трубного пространства в другую (поворот потока на 180 0), ξп = 2,5.При использовании вертикальных одноходовых теплообменных аппаратов следует учитывать падение давления теплоносителя в трубном пространстве, обусловленное изменением центра тяжести потока  , (32)где g – ускорение свободного падения; lш.тр – расстояние между входным и выходным штуцерами, через которые поступает теплоноситель в трубное пространство и выводится из него. При значительном изменении плотности теплоносителя в теплообменном аппарате (изменение агрегатного состояния) рекомендуется учитывать падение давления, вызываемое ускорением потока  , (33)где uтр – массовая скорость теплоносителя в трубном пространстве,  ; ρ', ρ" – плотность теплоносителя на входе и выходе из трубного пространства ТА.В случае, если теплообменный аппарат горизонтальный или многоходовой по трубному пространству и в нем не происходит изменения агрегатного состояния теплоносителя, движущегося по трубам, падение давления теплоносителя в трубном пространстве кожухотрубного теплообменного аппарата может быть рассчитано по формуле  . (34)При расчете падения давления теплоносителя в межтрубном пространстве следует учитывать, что характер омывания потоком теплоносителя трубного пучка в кожухотрубных теплообменных аппаратах в значительной степени отличается от поперечного омывания идеального пучка гладких труб. Это в значительной степени усложняет гидродинамическую картину движения теплоносителя и саму методику расчета падения давления теплоносителя, движущегося в межтрубном пространстве. Падение давления теплоносителя в межтрубном пространстве определяется из соотношения  , (35)где pп – падение давления теплоносителя при поперечном омывании пучка труб между перегородками;pв.п – падение давления в окнах сегментных перегородок; pв.к – падение давления во входной и выходной секциях межтрубного пространства; pв.м – падение давления на входе и выходе из межтрубного пространства; pнив – падение давления, обусловленное изменением центра тяжести потока; pуск – падение давления, обусловленное ускорением потока теплоносителя. Падение давления теплоносителя при поперечном омывании пучка труб между перегородками рассчитывается по формуле  , (36)где pпо – падение давления теплоносителя при обтекании идеального пучка труб поперечным потоком,  ; (37)Nпер– число сегментных перегородок (Приложение II, III, табл. 2-3, 3-3); x1, x2 – коэффициенты, учитывающие распределение потоков в межтрубном пространстве;  – Эйлера; Zп – число рядов труб, омываемых поперечным потоком теплоносителя (Приложение II, III, табл. 2-8, 3-8); wмтр – средняя скорость теплоносителя в межтрубном пространстве, ; b1, b2 , b3 , b4 ,  - коэффициенты, зависящие от расположения труб в пучке и от значений числа Рейнольдса (табл. 11); dн – наружный диаметр теплообменных труб; t – шаг труб в трубном пучке (Приложение II, III, рис. 2-3, 3-3).Таблица 11 Значения коэффициентов в уравнении (37)
Поправочный коэффициент x1 в уравнении (36), учитывающий влияние на падение давления теплоносителя в межтрубном пространстве потоков, проходящих в зазорах между трубами и отверстиями в перегородках и между кожухом и сегментными перегородками, определяется по формуле  , (38)где  ; r1,r2 – определяющие параметры конструкции (Приложение II, III, табл. 2-5, 3-5).Поправочный коэффициент x2 в уравнении (36), учитывающий байпасные потоки, находится из соотношения  , (39)где r1,r2 – определяющие параметры конструкции (Приложение II, III, табл. 2-6, 3-6). Падение давления в окнах сегментных перегородок рассчитывается по формуле  , (40)где Zв.п – число рядов труб в вырезе перегородок (Приложение II, III, табл. 2-8, 3-8). Течение потока теплоносителя во входной и выходной секциях межтрубного пространства отличается от течения в центральной части аппарата. Это объясняется тем, что расстояние от входного и выходного патрубков до крайних перегородок может отличаться от шага перегородок в центральной части, а число рядов труб в этих секциях, которые омываются поперечным потоком, больше, чем в центральной части |