Задание расчет теплообменника труба в трубе Для нагрева воды используется теплообменник труба в трубе

• Название: Задание расчет теплообменника труба в трубе Для нагрева воды используется теплообменник труба в трубе
• Дата: 27.03.2023
• Размер: 51.91 Kb.
• Имя файла: 13437095_1210321nov_RASC.docx
• Тип: Документы; #1017284

Теоретические основы теплотехники Теплообмен

ЗАДАНИЕ

Расчет теплообменника «труба в трубе»
Для нагрева воды используется теплообменник «труба в трубе» (рис. 1). Особенность его конструкции заключается в том, что он собран из последовательно соединенных стандартных секций. Секции теплообменника состоят из одной трубы, размещенной концентрически в другой трубе большего диаметра с соответствующими патрубками на концах для подвода теплоносителей от одной секции к другой. Преимущество теплообменника «труба в трубе» заключается в том, что при необходимости поверхность теплообмена может быть увеличена за счет установки дополнительных секций.


Рис. 1. Схема теплообменника «труба в трубе»
Греющая вода движется по внутренней стальной трубе диаметрами d₂/d₁ и имеет температуру на входе t_ж1^вх. Расход греющей воды G₁.

Нагреваемая вода движется противотоком по кольцевому каналу между трубами и нагревается от t_ж2^вх до t_ж2^вых. Внутренний диаметр внешней трубы D. Расход нагреваемой воды G₂.

Коэффициент теплопроводности стали _c = 45 Вт/(мС).

Длина одной секции теплообменника  = 1,9 м.

Потерями теплоты через внешнюю поверхность теплообменника пренебречь. Принять давление сред 0,1 МПа.

Необходимо:

• 
  изобразить tQ-диаграмму теплообменника;
  
• 
  проверить скорости греющей и нагреваемой среды;
  
• 
  определить площадь поверхности нагрева и число секций теплообменника.
  

Таблица исходных данных

Величина	Номер варианта
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
d2/d1, мм	35/32	36/34	37/34	38/34	39/36	40/36	39/37	40/38	35/32	36/34
D, мм	48	49	50	48	49	50	51	48	49	52
tж1вх, С	95	85	80	70	95	90	70	85	60	95
tж2вх, С	15	16	17	28	15	16	17	18	19	35
tж2вых, С	45	35	45	45	47	45	37	35	25	55
G1, кг/с	0,6	0,70	0,50	0,45	0,5	0,55	0,6	0,4	0,50	0,45
G2, кг/с	0,89	0,92	0,93	0,94	0,9	0,97	0,9	0,86	0,95	0,75
, Вт/(м·ºС)	3940	3920	3000	2800	3100	2700	2850	2500	3000	3200
, Вт/(м·ºС)	4500	4400	4500	4300	4550	4600	4260	4400	4350	4800

Величина	Номер варианта
	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
d2/d1, мм	37/33	35/32	36/33	39/35	37/35	38/36	40/37	42/38	33/31	32/30
D, мм	49	48	51	49	52	49	52	50	45	46
tж1вх, С	95	85	80	70	95	90	71	84	60	94
tж2вх, С	15	16	17	28	15	16	17	18	20	35
tж2вых, С	45	35	45	45	47	45	37	35	25	56
G1, кг/с	0,6	0,71	0,50	0,44	0,5	0,55	0,61	0,41	0,50	0,45
G2, кг/с	0,89	0,92	0,92	0,94	0,9	0,96	0,9	0,86	0,95	0,75
, Вт/(м·ºС)	3950	3960	3200	2900	3000	2600	2750	2900	3100	3400
, Вт/(м·ºС)	4600	4300	4200	4200	4350	4400	4200	4300	4360	4700

Величина	Номер варианта
	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
d2/d1, мм	36/34	34/30	36/33	37/33	36/33	38/36	40/38	41/37	34/32	30/27
D, мм	48	47	51	46	45	49	50	51	44	44
tж1вх, С	95	86	80	70	94	90	72	84	59	94
tж2вх, С	15	16	18	28	15	16	17	18	20	35
tж2вых, С	45	35	45	45	47	44	37	35	25	56
G1, кг/с	0,6	0,71	0,50	0,44	0,5	0,55	0,61	0,41	0,50	0,45
G2, кг/с	0,89	0,92	0,92	0,94	0,9	0,96	0,9	0,86	0,95	0,75
, Вт/(м·ºС)	2800	3100	2700	2850	2500	3950	3960	3200	2900	3000
, Вт/(м·ºС)	4300	4550	4600	4260	4400	4200	4350	4400	4200	4300

Величина	Номер варианта
	31	32	33
d2/d1, мм	34/31	36/33	37/34
D, мм	47	49	48
tж1вх, С	94	86	79
tж2вх, С	16	17	16
tж2вых, С	45	36	45
G1, кг/с	0,6	0,71	0,52
G2, кг/с	0,9	0,92	0,92
, Вт/(м·ºС)	3850	3660	3300
, Вт/(м·ºС)	4400	4200	4100

Решение

1. 
   Составление и решение теплового баланса
   
   1. 
      Тепловой баланс
      

Q = G₁ (h_ж1^вх – h_ж1^вых) = G₂ (h_ж2^вых – h_ж2^вх)

2. 
   Определение энтальпий нагреваемой воды
   

h=f (p, t_ж).

h_ж2^вых = 189 кДж/кг,

h_ж2^вх = 63 кДж/кг.

Количество передаваемой теплоты

Q = G₂ (h_ж2^вых – h_ж2^вх) = 0,89 (189 – 63) = 112 кВт.
Энтальпия греющей воды на выходе

h_ж1^вых = h_ж1^вх – Q/G₁ = 398 – 112/0,6 = 211 кДж/кг.

Температура греющей воды на выходе

t_ж1^вых=f (p, h);

t_ж1^вых=50 С.

2. Расчет коэффициентов теплоотдачи

2.1. Определяющие (характерные) температуры теплоносителей

Значение определяющих температур каждого теплоносителя в данном случае находится как среднеарифметическая температура теплоносителя на входе и выходе из аппарата.

Определяющая температура греющего теплоносителя

t_ж1 = 0,5(t_ж1 + t_ж1) = 0,5(95 + 50) = 72,5 С.

Определяющая температура нагреваемого теплоносителя

t_ж2 = 0,5(t_ж2 + t_ж2) = 0,5(15+45) = 30 С.

2.2. Характерные (определяющие) размеры

Для канала греющей воды

d_э1=d_1.

Для кольцевого канала нагреваемой воды определяется как эквивалентный (гидравлический) диаметр

d_э2= 4F/U = 4((D² – d₂²)/4)/((D + d₂)) =

= 4(3,14((4810^–3)² – (3510^–3)²)) /4)/(3,14(4810^–3+3510^–3) = 1310^–3м.
2.3. Определение физических свойств теплоносителей

Находятся по значениям определяющей (характерной) температуры теплоносителей (t_ж1 и t_ж2) с использованием таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара.

Теплофизические свойства греющего теплоносителя: плотность _ж1=976 кг/м³.

Теплофизические свойства нагреваемого теплоносителя: _ж2= 996 кг/м^3.

2.4. Проверка скоростей движения теплоносителей (из уравнения неразрывности)

Скорость греющего теплоносителя

w₁ = 4·G₁/(_ж1 ·d₁²) = 40,6/(9763,14(3210^-3)²) = 0,765 м/с

Скорость нагреваемого теплоносителя

w₂ = 4·G₂/ ( _ж2·(D² – d₂²)) = 40,89/(9963,14(48² – 35²) 10^-6) = 1,06 м/с.

3. Расчет коэффициента теплопередачи

Воспользуемся формулой для плоской стенки, так как d₂/d₁ = 35/32 = 1.09 < 2.

k =(1/₁ + _с/_с + 1/₂)^-1 = (1/3940+1,510^-3/45)+1/4500)^-1=1970 Вт/(м²С),

где _с –толщина стенки внутренней трубы.

4. Расчет среднелогарифмического температурного напора

При противотоке имеем t_б = 95 – 45 = 50С; t_м =50 – 15 = 35 С. Тогда среднелогарифмическая разность температур

t = (t_б – t_м)/ln (t_б/t_м) = (50 – 35)/ln(50/35) = 42,1 С.

5. Плотность теплового потока

q = kt = 197042,1 = 8,28510⁴ Вт/м².

6. Геометрические характеристики теплообменника

6.1. Площадь поверхности нагрева

F = Q/q = 111/82,85 = 1,34 м².

6.2. Число секций

n = F/(d₁² ) = 1,34/(3,143210^-31,9)  7.