3876

Тепловий розрахунок рекуперативних теплообмінних апаратів

Курсовая

Энергетика

Тепловий розрахунок рекуперативних теплообмінних апаратів Зміст завдання У вертикальному випарнику здійснюється випарювання води під тиском P2 за рахунок конденсації сухої насиченої водяної пари тиском P1. Кипіння води у кількості m2 здійснюється вс...

Украинкский

2012-11-09

221.15 KB

39 чел.

Тепловий розрахунок рекуперативних теплообмінних апаратів

Зміст завдання

У вертикальному випарнику здійснюється випарювання води під тиском P2 за рахунок конденсації сухої насиченої водяної пари тиском P1.

Кипіння води у кількості m2 здійснюється всередині латунних трубок діаметром

 dзовн /dвнут  та висотою H.

Водяна пара надходить до міжтрубного простору випарника.

Визначити необхідну площу поверхні нагрівання апарату, кількість трубок, а також витрату гріючої водяної пари.

Значення величин за номером варіанта обрати із таблиці 1.

Таблиця 1 – Вихідні дані

P1 , кПа

Р2, кПа

m2,  

H, м

270

120

1,4

2,5

Використані дані для розрахунку на основі вище приведених параметрів

  1.  ОПИС ТЕПЛООБМІННОГО АПАРАТУ

Конструктивні елементи   випарного апарату:

  1.  Камера, в яку подається теплоносій (при обігріванні парою – первинний пар, який передає  тепло рідині, що випарюється і рідині, що конденсується).
  2.  Простір із киплячою рідиною.
  3.  Простір вторинної пари.
  4.  Патрубки і вентилі відповідних  трубопроводів для підводу і відводу рідини (4а і 4б).
  5.  Сепаратори для сепарації рідини, що виноситься.
  6.  Зорове скло.
  7.  Патрубки мірного скла.
  8.  Душник (для газів, які не конденсуються).
  9.  Патрубки для підводу первинної пари до камери і відводу вторинної.
  10.  Патрубки для відводу конденсату.
  11.  Опори-кронштейни для апарату

Рисунок 1. Вертикальний випарний апарат

  1.  Теплове навантаження апарату

Відомо, що у випадку коли теплоносій має фазову зміну (кипіння, конденсація, випаровування та ін.) за сталої температури (тиску) насичення, то рівняння теплового балансу буде мати наступний вигляд:

 

Температури первинного та вторинного теплоносіїв визначаться за відповідним тисками насичення P1 та P2. Аналогічно за довідковими таблицями також знаходяться теплоти фазового перетворення та .

3. Масова витрата первинного теплоносія

4. Середній температурний напір теплообмінного апарату

Рисунок 2. Перепад температур теплоносіїв уздовж теплообмінної поверхні

Відповідно до рисунка 2 середній температурний напір теплообмінника:

Середня температура тонкостінної поверхні у першому наближенні приймемо:

5. АНАЛІЗ ПРОЦЕСУ ТЕПЛОПЕРЕДАЧІ В ТЕПЛООБМІНИКУ

Теплопередача – це складний процес, який в даному випадку включає в себе три паралельно протікаючих процеси:

  1.  тепловіддача від конденсуючої пари до стінки труби;
  2.  теплопровідність в стінці;
  3.  тепловіддача від стінки труби до киплячої води.

Рисунок 3. Схема процесу теплопередачі в теплообміннику

На рисунку 3 позначено:

- коефіцієнт тепловіддачі від конденсуючої пари до стінки;

- коефіцієнт тепловіддачі від стінки до киплячої води;

- температура зовнішньої поверхні стінки;

  - температура внутрішньої поверхні стінки;

Коефіцієнти тепловіддачі 1 и 2  визначаються за допомогою  емпіричних рівнянь подібності.

Маючи коефіцієнти тепловіддачі, визначимо коефіцієнт теплопередачі K для плоскої стінки:

    

   .     (4)

- товщина внутрішньої стінки теплообмінника;

- коефіцієнт теплопровідності.

6. РОЗРАХУНОК КОЕФІЦІЄНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧІ

Для визначення режиму руху плівки конденсату для первинного теплоносія необхідно розрахувати безрозмірні комплекси:

  1.  критерій Галілея:

      ;

  1.  критерій фазового перетворення:

       

  1.   критерій Z для конденсації:

  ,

                           так як z>zкр (2589,58>2300), то режим  течії змішаний.

Для змішаного режиму течії плівки конденсату розрахунок належить вести за рівнянням подібності:

             

  

Розкривши число Рейнольдса відносно невідомого коефiцiєнта тепловiддачi, отримаємо:

     

Для розрахунку коефіцієнта тепловiддачi вторинного теплоносія при випаровуванні водяної пари під тиском застосуємо емпіричне рівняння Толубінського:

Знайдемо середню швидкість росту парових бульбашок:

,де відносний тиск дорівнює

  .

   Розрахуємо коефіцієнт теплопередачі:

, де тепловий потік q рівний:

Тоді відповідно вищезгаданій формулі запишемо:

Знайдемо коефіцієнт тепловіддачі

,

Де l0 – лінійний визначальний розмір:

 Трубчата поверхня теплообміну товщиною С (див. рисунок 3):

відповідає умові застосування формули плоскої стінки для визначення коефіцієнта теплопередачі:

.

Коефіцієнт  теплопередачі  у  випадку  плоскої  стінки  розраховується  як

, де

 1 , 2 - коефіцієнти тепловіддачі з боку відповідних теплоносіїв;

 С - товщина стінки теплообмінної поверхні;

 С - коефіцієнт теплопровідності матеріалу стінки.

Тепловий потік:

  

Проведемо розрахунки, що дозволять уточнити тепловий потік поверхні теплообміну з боку різних теплоносіїв, та порівняємо отримане значення із величиною першого наближення:

         ,

так як δq < 5%, то приймаємо

7. ТЕПЛООБМІННА ПОВЕРХНЯ АПАРАТУ

Площа поверхні теплообміну у випадку трубної теплообмінної поверхні визначиться як

, де

n - кількість теплообмінних трубок;

H - їх довжина (як правило, до 10 м);

dР - розрахунковий діаметр.

Вибір величини розрахункового діаметра залежить від співвідношення коефіцієнтів  тепловіддачі: якщо  1  суттєво менший ніж  2, то виконується умова dР=dвн, якщо 1 суттєво більший ніж 2, то dР = dзовн. А якщо 1 і 2 - це величини одного порядку, то розрахунковий діаметр буде дорівнювати середньому:

.

Iз рівняння теплопередачі

легко розрахувати площу поверхні теплообмінника:

.

Кiлькiсть трубок у теплообмiнному апаратi:

.

 8. ГЕОМЕТРИЧНА КОНФІГУРАЦІЯ РОЗМІЩЕННЯ ТРУБОК У ТЕПЛООБМІННИКУ

Внутрішній діаметр корпусу теплообмінного апарату розраховується за формулою:

Коефіцієнт заповнення трубної плити приймаємо

Крок розміщення трубок:  

Вибираємо ціле число

Відношення кроку розміщення трубок до їх зовнішнього діаметру:

Приймаємо схему розміщення трубок в решітці по вершинам правильних шестикутників. При такому розміщенні трубок  та відповідно .

 Внутрішній діаметр корпусу теплообмінного апарату:

За ГОСТом приймаємо

Рисунок 4. Схема розміщення трубок в решітці по сторонам правильних шестикутників

На рисунку 4 позначено:

a – кількість труб по стороні шестикутника;

b –  кількість труб по діагоналі шестикутника.

За загальною кількістю труб  n=133 вибираємо трубну решітку з кількістю труб на площі найбільшого шестикутника n0=169. Кількість труб по діагоналі шестикутника b=15. Таким чином, максимальна кількість трубок, що може бути розміщена у вибраній решітці дорівнює різниці:

.

Таким чином, оскільки n< nmax , то трубна решітка вибрана вірно.


Висновок

В даній курсовій роботі був виконаний проектний тепловий розрахунок рекуперативного  теплообмінника – вертикального випарного апарату. Ми закріпили знання і отримали практичні навики теплових розрахунків теплообмінних апаратів. Прийняли остаточно температури.  Масова витрата гріючої водяної пари . Площа теплообмінної поверхні , кількість труб – 133.

Література:

1. Краснощеков С.А., Сукомел А.С. "Задачник по теплопередаче: Учебное пособие для ВУЗов." - 4 издание, переработанное - М.: Энергия 1980. - 288 стр., ил.

2. Бодсан П.И. и др. "Справочник по теплообменным аппаратам" - М. Машиностроение 1989. - 368 стр., ил.

3. Бакластов А.М. и др. "Проектирование, монтаж и эксплуатация тепломассообменных аппаратов" - М. Энергоиздат 1981. - 336 стр., ил.

4. Анурьев В.И. "Справочник конструктора-машиностроителя. Книга 2." - 4 изд. М. Машиностроение, 1973 - 576 стр., ил.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

33869. Схоластика 13.82 KB
  Номиналисты Оккан Иоанн Дунс Скотт утверждали что реально существуют только единичные вещи общие понятия являются именами этих вещей и самостоятельно не существуют. утверждали что общие понятия существуют объективно и до вещей. Номиналисты Оккан Иоанн Дунс Скотт утверждали что реально существуют только единичные вещи общие понятия являются именами этих вещей и самостоятельно не существуют. утверждали что общие понятия существуют объективно и до вещей.
33870. Взаимоотношения с развивающимися странами 62 KB
  СССР заботясь об укреплении своих позиций в освободившихся странах оказывал им активную материальную и военную помощь. Было подписано соглашение о прекращении состояния войны между СССР и Японией 1956 г. представителями СССР и Югославии декларация намечала сотрудничество сторон в области экономики науки и культуры. К концу 50х годов СССР был связан торговыми договорами более чем с 70 мировыми державами.
33872. Политическая жизнь страны во второй половине 60-х - первой половине 80-х гг 26 KB
  Снова установлено коллективное руководство 1й секретарь Брежнев председатель СМ Косыгин. Отставка Хрущева сопровождалась кадровыми переменами Договорщики: Подгорный секретарь ЦК Шелест член Президиума КЦ Шелепин член Президиума секретарь ЦК председатель комитета партийного контроля Суслов секретарь ЦК по идеологии.
33873. Общественная жизнь страны во второй половине 60-х – первой половине 80-х гг. Диссидентское движение 38 KB
  Национальное сознание развивалось в очень неблагоприятных условиях в условиях идеалогического диктата причем монодиктата в условиях политического диктата. 60ники : романтики в условиях Хрущеавской оттепели высшее достижение общественной жизни было: 1. 70ники : формировались в других условиях приспособленцы карьеристы циники космополиты. В условиях застоя был неизбежен рост различных форм протеста среди населения.
33874. Экономи́ческая рефо́рма 1965 г. в СССР 103 KB
  в СССР в СССР известна как Косыгинская реформа на Западе как реформа Либермана реформа управления народным хозяйством и планирования осуществлённая в 1965 1971 гг. Связывается с именем председателя Совета Министров СССР А. Традиционно проведение реформы связывали с усложнением экономических связей что снижало эффективность директивного планирования в 1966 промышленность СССР включала более трёхсот отраслей 47 тыс. Струмилин эксперты Госплана СССР руководители предприятий и др.