Расчет теплообенного аппарата
![]()
|
М ![]() Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина» (УрФУ) Институт Уральский энергетический (УралЭНИН)_______________________ Кафедра/департамент Теплоэнергетика и теплотехника (ТиТ)___________ Оценка Руководитель курсового проекта Член комиссии Дата защиты ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовому проекту по теме: Расчет теплообенного аппарата _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ Студент: Галиев Алексей Васильевич ___________________ (ФИО) (подпись) Группа: ЭН-380011 Екатеринбург 2020 М ![]() Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина» (УрФУ) Институт Уральский энергетический (УралЭНИН)_______________________ Кафедра/департамент Теплоэнергетика и теплотехника (ТиТ)___________ Задание на курсовой проект/работу Студент _____Галиев Алексей Васильевич_____________________ группа_ЭН-380011_______ специальность/направление подготовки 13.03.01 – Теплоэнергетика и теплотехника Тема курсового проекта/работы Расчет теплообменного аппарата Содержание проекта/работы, в том числе состав графических работ и расчетов Пояснительная записка: 1. Описание теплообменного аппарата 2. Тепловой конструктивный расчет. 3. Гидравлический расчет 4. Механический расчет 5. Расчет тепловой изоляции Графическая часть:Чертеж общего вида теплообменного аппарата – 1лист, формат А1, ____________ Дополнительные сведения См. Варианты заданий План выполнения курсового проекта/работы
Руководитель _____________________________________ ( Тупоногов В.Г. ) ![]() Министерство образования и науки Российской Федерации ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» РЕЦЕНЗИЯ на курсовой проект СтудентаГалиева Алексея Васильевича группы ЭН-380011 (фамилия имя отчество) Тема курсового (проекта) ______Расчет теплообменного аппарата_____________________ _____________________________________________________________________________Дисциплина__Тепломассообменое оборудование промышленных предприятий_________ 1 Соответствие результатов выполнения работы целям и задачам курсового проектирования результатам обучения по дисциплине: Результаты выполнения курсового проекта соответствуют результатам обучения по дисциплине, а именно, приобретаются навыки проектирования элементов тепломассообменного оборудования с использованием стандартных средств автоматизации проектирования в соответствии с техническим заданием 2 Оригинальность и самостоятельность выполнения работы: Курсовой проект содержит оригинальные расчеты теплообменного аппарата в соответствии с заданием на проектирование. Расчеты и графические материалы выполнены студентом самостоятельно. 3. Полнота и глубина проработки разделов: полнота и глубина проработки разделов достаточны для учебного проекта. 4. Общая грамотность и качество оформления текстового документа и графических материалов: соответствуют нормативным требованиям к оформлению пояснительных записок и графических материалов. 5. Вопросы и замечания: __________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 6. Общая оценка работы ___________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Сведения о рецензенте: Ф.И.О. _Тупоногов Владимир Геннадьевич______________________________ Должность: __профессор___________________________________________________ Место работы: кафедра Теплоэнергетики и теплотехники УралЭНИН_________________ Уч. звание __доцент______________ Уч. сепень __доктор техн. наук_______________ Подпись ______________ Дата__________________Задание: выполнить тепловой конструктивный расчет бойлера-аккумулятора. Дано: Греющий теплоноситель: насыщенный водяной пар с избыточным давлением P1изб = 6 бар. Нагреваемый теплоноситель: вода с давлением P2=6 бар; начальная температура t2/=50 0C, конечная температура t2//=90 0C; время нагрева τ=6 часов, объем V=6 м3. Теплопроводность материала трубок λ=100 ![]() Найти: расход пара на подогрев воды D и поверхность теплообмена F. Решение: Поверхность теплообмена F можно найти, определив удельную тепловую производительность бойлера-аккумулятора kF и коэффициент теплопередачи k. ![]() Температура насыщения при P1=P1изб + 1=7 бар ts=164,96 0С. Масса воды G2=Vρ2 . С2 и ρ2-соответственно теплоемкость и плотность воды при средней температуре t2 ![]() ts ∆t t2// t2 t2/ По рисунку видно t2 =ts-∆t, где ∆t средний интегральный температурный напор. ![]() t2 = 164,96-93,54 = 71,42 0С Методом линейной интерполяции находим ρ2=976,98 ![]() ![]() G2=6*976,98=5861,88 кг. ![]() Коэффициент теплоотдачи считаем по формуле для плоской стенки ![]() α1 находится по формуле конденсации пара в горизонтальной трубе, а α2- по формуле свободной конвекции воды в большом объеме. ![]() λж, ρж и μж- соответственно теплопроводность, плотность и коэффициент динамической вязкости конденсирующейся в трубах воды, которые определяются из таблицы методом линейной интерполяции по средней температуре жидкости(конденсата на стенке), в первом приближении равной: r - берется по температуре насыщения ![]() ![]() ![]() λж = 68,5*10-2 ![]() ρж = 924,87 ![]() μж = 199*10-6 Па*с Для пара: r = 2066 ![]() ![]() Внутренний диаметр труб обычно находится в пределах от 30 до 50 мм. Примем dвн = 40 мм и толщину стенки δ=2 мм. ![]() α2 можно найти из формулы безразмерного числа Нуссельта: ![]() dн= 40+2δ = 40+2*2 = 44 мм ![]() Коэффициенты С и n определяются по таблице в зависимости от Gr*Pr.
![]() Температура пограничного слоя: ![]() По температуре tж из таблиц методом линейной интерполяции определяем: β = 7,22*10-4 ![]() λ = 68,1*10-2 ![]() ν = 0,313*10-6 ![]() Prж=1,85 По температуре tст: Prст=1,49 ![]() Gr*Pr =14,4047*107*1,85=2,66*108 Отсюда число Нуссельта равно: ![]() ![]() ![]() Проверка температуры стенки: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Поверхность теплообмена: ![]() Расход пара D и температура воды на выходе из бойлера-аккумулятора t2// меняются с течением времени: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Конструктивный расчет 1) Определяем поверхность теплообмена: ![]() 2) Рассчитываем геометрические размеры ![]() ![]() ![]() ![]() 3) Количество трубок ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Принимаем N= 1 ![]() 4) Определяем число ходов ![]() Принимаем Z= 2 4) Определение диаметров патрубков: Теперь необходимо пересчитать скорость пара: ![]() Примерное время истечения воды из бойлера ![]() ![]() Массовый расход воды: ![]() ![]() Объёмный расход воды из патрубка: ![]() Площадь патрубка: ![]() Где ![]() Диаметры патрубков. Диаметр патрубка для воды: ![]() Задаемся скоростью движения насыщенного пара в трубках: ω1 = 50 м/с Определяем размеры патрубка для греющего теплоносителя (dВ): ![]() ![]() Патрубки выбраны по гост 12820-80. Высота патрубка как для пара, так и для воды 150мм Механический расчет Конструктивный механический расчет обеспечивает прочность элементов в процессе эксплуатации. Для цилиндрических теплообменных аппаратов производится расчет следующих элементов конструкции: толщины стенок корпуса, крышек и днищ; трубных досок; фланцевых соединений. В качестве материала корпуса используем сталь марки Ст20. При ![]() 𝜎∗=138 МПА 3.1 Расчет корпуса аппарата. Толщина стенки корпуса S цилиндрического аппарата, работающего с избыточным давлением P, определяется выражением: ![]() Величину прибавки С суммируют из трех поправок: С = С1 +С2 +С3 С1 – прибавка на коррозию, исходя из условий разъединения материала стенки и срока службы аппарата, м; С2 – прибавка на эрозию, если таковая имеет место при работе аппарата, м; С3 - прибавка на минусовый допуск по толщине листа, из которого изготовлен корпус, м. Величина прибавки С принимаю 3,7 мм; ![]() ![]() Dвн= 1600 мм – внутренний диаметр корпуса; Pизб = 0,6 МПа; ![]() Принимаем стандартную толщину стенки S= 8 мм. Во всех случаях принятая толщина стенки подлежит контрольной поверке на напряжение в ней σи при гидравлическом испытании аппарата: ![]() ![]() 3.2 Расчет днищ и крышек. Днища и крышки изготавливаются из того же металла, что и корпус аппарата. В теплообменных аппаратах чаще всего применяются эллиптические или сферические днища с отбортовкой для обеспечения качественной сварки с цилиндрической части корпуса или крышки. Расчетная толщина стенки крышки, м, подверженной внутреннему давлению, определяется по формуле: ![]() hв =0,25·1,6=0,4 м - высота выпуклой части крышки, м; k – коэффициент, ![]() d – наибольший диаметр неукрепленного отверстия в крышке; ![]() ![]() С – прибавка на коррозию, м. Принятая толщина S = 8 мм стенки крышки подлежит контрольной проверке на допустимые напряжения при гидравлическом испытании аппарата: ![]() ![]() 3.3 Расчет трубных решеток. Для теплообменных аппаратов жесткой конструкции толщина решетки, м, определяется по выражению ![]() где К = 0,162 – конструктивный коэффициент; р – разница давлений по сторонам доски, Па, принимается равному наибольшему из избыточных давлений теплоносителей: p = 0,6 МПа; Коэффициент ослабления доски отверстиями φ определяется по формуле: ![]() ![]() ![]() ![]() полученная величина проверяется на допустимые напряжения от изгиба: ![]() 3.4 Расчет фланцевых соединений. В данном курсовом проекте рассчитывается плоский приварной фланец. Нагрузка на болты в рабочих условиях складывается из силы, ![]() ![]() ![]() ![]() для прокладок из паронита q=15 МПа; P- расчетное давление, Па. Допустимая нагрузка на один болт: ![]() ![]() ![]() ![]() Толщина тарелки плоского приварного фланца: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Для паронитовых прокладок: ![]() b-ширина прокладки ![]() Р =Ризб1= 0,6 МПа ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Выбираем болты М18 в количестве 4 штук. ![]() Количество болтов удовлетворяет условиям прочности. Толщина тарелки плоского приварного фланца: ![]() По ГОСТ 12820-80 принимаю h=25мм Расчет толщины тепловой изоляции Определяем среднюю температуру изоляции: ![]() Температура поверхности изоляции по требованиям санитарных норм берется ![]() Толщина слоя изоляции: ![]() из=8 Вт/(м2К) – коэффициент теплоотдачи; λиз=0,0672 Вт/(м·К) – коэффициент теплопроводности. Принимаем стандартный размер изоляции ![]() После определения толщины изоляции ![]() ![]() ![]() Полученный результат удовлетворяет условию ![]() Список литературы: П.Д. Лебедев «Теплообменные, сушильные и холодильные установки», М.-Л., 1966г. В.А. Григорьев «Краткий справочник по теплообменным аппаратам», М.-Л., 1962г. А.М. Бакластов «Проектирование, монтаж и эксплуатация тепломассообменных установок», М., 1981г. А.А. Лащинский, А.Р. Толчинский «Основы конструирования» П.Д. Лебедев, А.А. Щукин «теплоиспользующие установки промышленных предприятий», М., 1970г. |