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

37 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

30481. ФИЗИОЛОГИЯ СПИННОГО МОЗГА И ГОЛОВНОГО МОЗГА. НЕРВНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ВЕГЕТАТИВНЫХ ФУНКЦИЙ 53.89 KB
  Объем функций, осуществляемых спинным мозгом, чрезвычайно велик. В нем находят центры всех двигательных рефлексов (за исключением мускулатуры головы), всех рефлексов мочеполовой системы и прямой кишки, рефлексов, обеспечивающих терморегуляцию, регулирующих метаболизм тканей
30482. Страхова послуга та особливості її реалізації 277 KB
  В умовах розвитку ринкових відносин, зростання конкуренції великого значення набувають питання забезпечення функціонування субєктів господарювання від наявних і потенційних загроз, створення дієвої системи захисту їх від впливу можливих негативних факторів.
30483. МОДЕЛИ ПЛАСТОВ И ПРОЦЕССОВ РАЗРАБОТКИ 1.99 MB
  Под моделью в широком научном смысле этого слова понимают реально или мысленно созданную структуру, воспроизводящую или отражающую изучаемый объект. Название модель происходит от латинского слова modulus, что означает «мера, образец»
30484. Физиология сенсорных систем. Физиология зрительной, слуховой и вестибулярной сенсорных систем 31.17 KB
  Живой организм постоянно подвержен воздействиям внешней среды. В самом живом организме тоже постоянно происходят изменения. И его существование невозможно, если он не будет получать постоянно информацию о всех изменениях во внешней и внутренней среде и во всех частях тела.
30485. Интерфейс на основе жестов для манипулирования трёхмерными виртуальными объектами и его применение в системах научной визуализации 43.5 KB
  Развитие вычислительных систем позволяют проводить моделирование сложных физических процессов со всё большей точностью. Однако увеличение объема вычисляемых данных приводит к усложнению обработки полученных сведений...
30486. Физиология кожной, двигательной, висцеральной, вкусовой и обонятельной сенсорных систем 43.01 KB
  Теории кожной чувствительности многочисленны и во многом противоречивы. Наиболее распространенным является представление о наличии специфических рецепторов для 4 основных видов кожной чувствительности: тактильной, тепловой
30487. Краткие обзоры программных средств 85.5 KB
  В настоящее время на этапах разведки и разработки месторождений нефти и газа все более широкое применение получают компьютерные технологии комплексной интерпретации всей геолого-геофизической информации с целью построения цифровых геолого-промысловых моделей месторождений.
30488. Башкортостан в XIX веке 337.6 KB
  После вторжения наполеоновской армии намного расширяется привлечение башкир и казаков в ряды русских войск. Были и добровольцы. Среди них башкиры братья Абдулхалик и Назир Абдулвахитовы, юртовый старшина Абуталип Абдрахманов с сыном Сагитом
30489. Использование сетевых ресурсов в управлении крупными коммуникативными проектами 25.85 KB
  Деятельность отделов по СсО и рекламе, чаще всего, реализуется в форме проектов. Даже в не слишком сложных проектах возникают проблемы, которые проявляются в срыве сроков, превышении смет, конфликтах внутри команды проекта и др