Тепломассообмен методичка. Тепломассообмен Методические материалы для студентов Направление подготовки Теплоэнергетика и теплотехника Профиль Энергообеспечение предприятий Составитель доцент кафедры Энергетики и электротехнологии Артамонова Л.
 Скачать 0.85 Mb.
|
|
Задача 4. В теплообменном аппарате типа «труба в трубе» греющая вода с температурой t1' (0С) и расходом G1 (кг/с) движется по внутренней стальной трубе диаметром d2/d1=40/37 мм. Коэффициент теплопроводности стали λ=50 Вт/м 0С. Нагреваемая среда движется по кольцевому зазору между трубами со скоростью ω2 (м/с) и нагревается от температуры t2' (0С) до t2" (0С). Внутренний диаметр внешней трубы d3=60 мм. Требуется: 1. Определить поверхность теплообменного аппарата. 2. Определить конструктивные размеры теплообменного аппарата. 3. Построить графики изменения температур теплоносителей. Исходные данные для различных вариантов приведены в таблице. Физические свойства теплоносителей приведены в приложении Б. Таблица 4 - Исходные данные для решения задачи №4
Порядок расчета теплообменного аппарата 1. Определить тепловой поток, передаваемый через рабочую поверхность теплообменника. Q= G2cp2(t2"- t2') 2. Определить конечную температуру горячего теплоносителя. Для определения конечной температуры горячего теплоносителя составляется тепловой баланс исходя из условия, что тепловой поток переданный горячим теплоносителем равен тепловому потоку, полученному холодным теплоносителем. Теплопотерями в стенках теплообменника пренебрегаем. G1cp1(t1'- t1") = G2cp2(t2"- t2') 3. Рассчитать скорость движения горячего теплоносителя. Величина скорости движения горячего теплоносителя рассчитывается из уравнения неразрывности: G = ωρF, кг/с где: ω – скорость движения теплоносителя, м/с; ρ – плотность теплоносителя, кг/м3; F – площадь сечения канала, по которому движется теплоноситель, м2. 4. Определить коэффициенты теплоотдачи на внутренней и внешней поверхностях трубы, по которой движется горячий теплоноситель. Для определения коэффициентов теплоотдачи, необходимо установить режим движения теплоносителей (ламинарный, переходный, турбулентный) и выбрать соответствующие критериальные уравнения, решение которых позволит определить искомые величины - коэффициенты теплоотдачи α1 и α2. Режим течения жидкости определяются по величине числа Рейнольдса Re = ωd/ν, где: d – определяющий размер- диаметр трубы, по которой движется теплоноситель, м ; ν – коэффициент кинематической вязкости, м2/с. Если Re меньше критического Reкр, то режим течения ламинарный. При движении жидкости в трубах Reкр= 2*103. По найденным значениям числа Рейнольдса определяется режим течения и выбираются соответствующие критериальные уравнения: при ламинарном режиме течения  – режим ламинарный вязкостное течение (GrPr ≤ 8*105) – режим ламинарный вязкостно-гравитационное течение (GrPr > 8*105).при турбулентном режиме течения  Критериальные уравнения содержат критерии подобия:  – критерий Нуссельта; – критерий Прандтля; – критерий Грасгофа.В уравнениях критериев подобия: g – ускорение свободного падения, м/с2; ν – кинематическая вязкость, м2/с; а - температуропроводность, м2/с; β – коэффициент расширения, 1/К; α – коэффициент теплоотдачи, Вт/м2 0С; λ – коэффициент теплопроводности, Вт/м0С; tж и tс – температура ,соответственно, набегающей жидкости и температура стенки (в расчетах принять  ). В качестве определяющей температуры (температура, при которой выбираются значения физических жидкости в критериальных уравнениях) принята: при вычислении критериев Nuж, Prж, Reж, Grж – температура набегающего потока, при вычислении Prс – средняя температура стенки. Физические свойства теплоносителей приведены в приложении А. Определив с помощью критериального уравнения число Нуссельта, рассчитать коэффициент теплоотдачи:  Расчет привести для горячего и холодного теплоносителей, определив соответственно α1 и α2. 5. Определить коэффициент теплопередачи от горячего теплоносителя через стенку трубы к холодному теплоносителю k, Вт/м 0С.  где α1 – коэффициент теплоотдачи на границе «горячий теплоноситель- стенка трубы», Вт/м2 0С; α2 – коэффициент теплоотдачи на границе «стенка трубы- нагреваемый теплоноситель», Вт/м2 0С; dвн и dн – внутренний и внешний диаметры внутренней трубы, м; λ – коэффициент теплопроводности материала стенки трубы, Вт/м 0С. 6. Определить среднелогарифмический температурный напор между теплоносителями и построить график изменения температур теплоносителей по длине теплообменника. Среднелогарифмический температурный напор для теплообменников с прямотоком  для теплообменников с противотоком  7. Определить общую длину труб теплообменника можно используя уравнение теплопередачи для цилиндрической поверхности: Q= k∙π∙l ∙∆tср, Вт 8. Площадь теплообмена: F= π∙d∙l 8. Компоновка и определение габаритных размеров теплообменного аппарата. Задавшись рабочей длиной секции lт= 4 м. определяют число секций Z по формуле: Z = l/lт Приложение А Таблица А1 – Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения
Приложение Б |