Волгоградский государственный технический университет

• Название: Волгоградский государственный технический университет
• Дата: 14.05.2022
• Размер: 72.52 Kb.
• Имя файла: Annenkov_KTKhP_1.docx
• Тип: Документы; #529056
• страница: 1 из 2

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Волгоградский государственный технический университет
Химико-технологический факультет
Кафедра «Процессы и аппараты химических производств»

СЕМЕСТРОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Компьютерные технологии в химических производствах»

Расчет коэффициента теплоотдачи и потерь давления на трение

Вариант № 1

Выполнила: ст. гр. РХТ-348

Анненков Д.В.

Проверил: ст. преподаватель

Васильев П.С.

Волгоград, 2020 г.

Введение 3

Задание 5

Алгоритм расчета 6

Описание программы автоматизированного расчета на ЭВМ 10

Результаты расчета на ЭВМ 12

Заключение 17

Список источников 18

Введение
Среди процессов переноса тепла один из наиболее распространенных в инженерной практике является процесс передачи тепла от горячего теплоносителя к холодному через разделительную стенку (процесс теплопередачи). Тепловой поток от горячего теплоносителя с расходом G₁ и начальной температурой t₁ передается через стенку, толщиной δ к холодному продукту в аппарате в количестве G₂, и начальной температурой t₂. Таким образом, процесс теплопередачи состоит из процесса теплоотдачи потока от горячего теплоносителя к поверхности стенки, процесса переноса тепла через стенку и процесса теплоотдачи от поверхности стенки к холодному теплоносителю. В процессе передачи тепла на поверхности стенки устанавливаются температуры, равные t_cm1 и t_cm2.В обоих теплоносителях в слое, прилежащем к стенке, формируется тепловой пограничный слой, в котором температура жидкости переменна и изменяется от ее значения в ядре потока и до значения температур на поверхностях стенки.

При движении жидкости в трубе между самой жидкостью и стенками трубы возникают дополнительные силы сопротивления, в результате чего частицы жидкости, прилегающие к поверхности трубы, тормозятся. Эго торможение благодаря вязкости жидкости передается следующим слоям, причем скорость движения частиц по мере удаления их от оси трубы постепенно уменьшается. Равнодействующая сил сопротивления направлена в сторону, противоположную движению, и параллельна направлению движения. При относительном движении жидкости и твердых поверхностей неизбежно возникают (развиваются) гидравлические сопротивления. На преодоление возникающих сопротивлений затрачивается часть энергии потока. Эту потерянную энергию называют гидравлическими потерями удельной энергии или потерями напора.

Гидравлические потери главным образом связаны с преодолением сил трения в потоке и о твердые стенки и зависят от ряда факторов, основными из которых являются:

• 
  геометрическая форма потока,
  
• 
  размеры потока,
  

шероховатость твёрдых стенок потока,

• 
  скорость течения жидкости,
  
• 
  режим движения жидкости (который связан со скоростью, но учитывает её не только количественно, но и качественно),
  
• 
  вязкость жидкости,
  

некоторые другие эксплуатационные свойства жидкости.

Задание
Одноходовой кожухотрубчатый теплообменник типа нагреватель- холодильник состоит из n = 61 стальных труб диаметром Dx_cт = 30x1,5 мм и длиной L = 3,0 м. Средняя шероховатость труб е = 0,3мм. Внутренний диаметр кожуха D_к = 432 мм.

В трубах теплообменника нагревается холодный теплоноситель от температуры t_хн =20°С до температуры t_хк = 45°С. Средняя скорость течения холодного теплоносителя w_х = 0,08 м/с, температура стенки труб со стороны холодного теплоносителя равна t_cт.x = 60°С. Определить коэффициент теплоотдачи от труб к холодному теплоносителю.

По межтрубному пространству противотоком течет горячий теплоноситель, который охлаждается от температуры t_гн = 95°С до температуры t_гк = 65°С. Средняя скорость течения горячего теплоносителя и w_г = 0,4м/с.

Определить потерю давления на трение для горячего теплоносителя в двух случаях: а) считая поток изотермическим; б) для неизотермического потока при температуре стенки труб со стороны горячего теплоносителя равной t_cт.г = 71°С.
Таблица 1 - Исходные данные

№ п/п	Конструкционные параметры
	Расположение труб		n , шт		Dxст , мм		L , м	e , мм		Dк , мм
15	Вертикальное		19		24х1,5		6	0,2		216
Холодный теплоноситель
Вещество		tхн , C		tхк, °C		tст.х , °C			ѡх , м/с
Бензол		30		50		52			0,20
Горячий теплоноситель
Вещество		tгн, °C		tгк , °C		tст.г, °C			ѡг , м/с
Анилин		90		70		72			0,5

Алгоритм расчета

1. 
   Определение режима течения жидкости:
   

где – плотность, [кг/м³];

w – скорость потока, [м/с];

μ – динамический коэффициент вязкости, [Па-с].

2. 
   Теплоотдача при развитом турбулентном течении в прямых трубах и каналах (Re > 10000):
   

где – поправочный коэффициент, учитывающий влияние на коэффициент

теплоотдачи отношения длины трубы L к ее диаметру d;

Рr – критерий Прандтля, вычисленный при средней температуре;

Рr_ст – критерий Прандтля, вычисленный для жидкости при температуре

стенки трубы.

3. 
   Определение критериев Ga, Рr и Rе для выбора расчетной формулы коэффициента теплоотдачи при Re < 10000 при определяющей температуре:
   

Критерий Грасгофа:



где – коэффициент объемного расширения;

l – определяющий геометрический параметр, [м];

g – ускорение свободного падения, [м/с ].

Критерий Прандтля:



где с – удельная теплоемкость, [Дж/кг К]

v – кинематический коэффициент вязкости, [м2/с];

а – коэффициент температуропроводности, [Вт/м-К].

Какая температура принимается за определяющую, указывается для каждого частного случая теплоотдачи.

Расчетные формулы для определения коэффициента теплоотдачи и пределы их применения при Re < 10000 приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Формулы для расчета коэффициентов теплоотдачи в прямых трубах и каналах при Re < 10000

	Значение Gr Pr	Располо­ жение прямых труб	Пределы применения	Формула
	< 8 105	любое	Re<2300; 20	Nu = 1,55 ε1 1/3 0,14
			Re<2300; <20	Nu  3,66
			2300< Re <10000	по графику
	8 105	горизонтальное	Re <3500; 20 <10000	Nu = 0,8 0,4(Gr Pr)0,1 0,14
			Re<3500; 120	Nu = 0,5
			Re >3500	Nu = 0,022 Re0,8 Pr0,4 n
		вертикальное при несовпадении свободной и вынужденной конвекции	250 < Re < 10000	Nu = 0,037 Re0,75Pr 0,4 n

Определение коэффициента теплоотдачи от труб к холодному теплоносителю:



где  – коэффициент теплопроводности, [Вт/мК].

4. 
   Определение потери давления на трение в прямых трубах и каналах для горячего теплоносителя при изотермическом течении, когда температура протекающей по трубе жидкости (газа) постоянна:
   

где  – коэффициент трения, безразмерный (его значение в общем случае зависит от режима течения трубы и шероховатости стенки трубы е);

L – длина трубы, [м];

d_э – эквивалентный диаметр, [м].

5. 
   Определение коэффициента трения при ламинарном течении
   

(Re < 2300):

Коэффициент  не зависит от шероховатости стенки трубы, а зависит только от Re.

Для труб круглого сечения:



Для трубы круглого сечения d_э =d.

6. 
   Определение коэффициента трения при турбулентном течении
   

(Re > 2300):

Гидравлические гладкие трубы (стеклянные, медные, свинцовые):

.

Гидравлически шероховатые трубы (стальные, чугунные):



где ε – относительная шероховатость.

Определение относительной шероховатости:

,

где e – средняя высота выступов на стенке трубы.

При неизотермическом течении, когда протекающая по трубе жидкость нагревается или охлаждается (температура стенки трубы отличается от температуры жидкости) коэффициент трения умножают на величину безразмерного поправочного коэффициента х.

Для ламинарного режима:



Для турбулентного режима в технически гладких трубах: