Обработка экспериментальных данных при исследовании перекрестноточного пластинчатого рекуператора с элементами интенсификации

Санкт-Петербургский Государственный  Университет Низкотемпературных и  Пищевых Технологий

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

«Обработка  экспериментальных данных при исследовании перекрестноточного пластинчатого рекуператора с элементами интенсификации»

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила студентка 6-го курса

Пономарева  Анастасия Юрьевна

Специальности:140504

«Кондиционирование  воздуха

и климатика предприятий»

Шифр:171080 

Факультет ЗО

 

Введение

 

Внедрение энергосберегающих схем  связано со значительными  материальными  затратами. В связи с этим, важное значение  приобретает отыскание наиболее рациональных решений. Одно из таких решений-, для обеспечения снижения необходимого уровня энергопотребления, наибольшую экономию тепловой энергии можно получить при утилизации теплоты, в процессе которой наблюдается наибольшие перепады термодинамических потенциалов обменивающихся сред и поэтому наиболее эффективно используется низкопотенциальное тепло, от холодильных машин, печей, плавильных агрегатов, а также при использовании потенциала вытяжного воздуха.

 

Теплоутилизационные установки можно разделить на два вида: теплоутилизаторы- теплообменники непосредственного действия и тепловые насосы, обеспечивающие увеличение потенциала утилизируемого тепла.

 

Теплоутилизаторы- теплообменники бывают:

- рекуперативные (пластинчатые, трубчатые)

- с промежуточным теплоносителем

- регенеративные

 

Пластинчатые рекуператоры собираются из пластин, которые образуют плоские каналы, по ним проходит вытяжной и приточный воздух. Оба потока не смешиваются, но происходит неизбежный теплообмен за счет одновременного нагрева и охлаждения пластин с разных сторон. Между гладкими каналами часто устанавливают пластины треугольного, U-образного или П-образного профиля, что значительно увеличивает поверхность контакта воздуха с пластиной без увеличения объема аппарата.

Пластинчатый рекуператор является одним из самых распространенных благодаря своей дешевизне и  компактной конструкции.

Пластинчатый рекуператор может  работать в режиме сухого теплообмена, а также с выпадением конденсата на всей или части теплообменной  поверхности. При температуре хладоносителя ниже 0 С выпадающий на поверхности теплообменника конденсат может замерзать, образуя слой инея.

 

 

 

 

Рис. 1. Пластинчатый теплообменник

 

Трубчатые теплообменники предназначены для теплообмена между различными средами: жидкостями, жидкостями и паром, жидкостями и газами и применяются в случаях, когда требуется большая поверхность теплообмена — теплопередающая поверхность аппаратов может составлять от нескольких сотен квадратных сантиметров до нескольких тысяч квадратных метров. Трубчатый теплообменник представляет собой сваренные между собой секции, каждая из которых состоит из стального цилиндра большого диаметра, внутрь которой помещено несколько трубок маленького диаметра. Теплоноситель пропускается по трубам, а вода из контура отопления — противотоком в межтрубном пространстве кожуха. Пучки труб скрепляются при помощи трубных решеток. Трубки изготовляют прямыми или изогнутыми (U-образными). Материал трубок выбирается в зависимости от среды, омывающей ее поверхность. Применяются трубки из стали, латуни и из специальных сплавов. Толщина стенки кожуха определяется максимальным давлением рабочей среды и диаметром аппарата (но не тоньше 4 мм). Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены, при этом каждое из них может быть разделено перегородками на несколько ходов. Перегородки предназначены для увеличения скорости и коэффициента теплоотдачи теплоносителей (интенсификации).

 

 

Рис. 2 Трубчатый теплообменник.

 

 

 

Рекуператоры с промежуточным  теплоносителем. Эти устройства представляют собой два жидкостных теплообменника, по которым циркулирует раствор этиленгликоля. Являются единственно возможными для рекуперации в раздельных системах, где приточная и вытяжная секции отделены друг от друга на расстоянии. Также используются в случаях, когда недопустимо перемешивание приточного и вытяжного воздуха. Циркуляция теплоносителя может происходить и естественным способом, но чаще применяется принудительное движение, для чего устанавливается циркуляционный насос.

 

Различные типы рекуператоров позволяют  экономить от 10 до 50% тепла, удаляемого из помещения с вытяжным воздухом.

 

Рис. 3 Рекуператор с промежуточным теплоносителем

 

В регенеративных вращающихся  и переключающихся теплообменниках передача тепла осуществляется массой, находящейся последовательно в потоках охлаждаемого и нагреваемого воздуха. В роторном теплообменнике передача тепла от горячего газа к холодному осуществляется через вращающийся цилиндрический ротор, состоящий из пакета тонких металлических пластин. Горячий газ нагревает пластины, после чего они перемещаются в поток холодного газа, тем самым передавая ему тепло. Регенеративные вращающиеся теплообменники бывают несорбирующие и сорбирующие В сорбирующих регенераторах аккумулирующая масса пропитана сорбентом (хлористым литием, бромистым литием и т. д.), который обеспечивает поглащение влаги из удаляемого воздуха и передачу его в процессе десорбции приточному воздуху.

Вращающийся  регенератор состоит  из аккумулирующей массы- насадки, корпуса, электродвигателя с редуктором, приводящим во вращение насадку, продувочной камеры.

Продувочная камера предназначена  для очистки поверхности регенератора при переходе ее из потока удаляемого воздуха в приточный.

В переключающихся регенераторах  насадка неподвижна и последовательно  омывается теплым и холодным воздухом.

 

 

 

Рис.4. Регенеративный теплообменник.

 

Провести анализ этого  рисунка.

 

Привести краткий обзор  методов интенсификации теплообмена  в пластинчатых рекуператорах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные:

 

Схема стенда для исследования теплообмена и аэродинамического сопротивления приведена (см. приложение)

 

Исследование теплообмена

 

1. Количество каналов по горячему  и холодному воздуху:

.

 

2. Поверхность одной стороны  пластины:

;

.

 

3. Поверхность теплообмена с  двух сторон:

;

.

 

4. Суммарная поверхность теплообмена:

;

 

5. Площадь живого сечения (в  случае, когда потоки не перемешиваются):

;

 

6. Эквивалентный диаметр:

;

где П – периметр

П = 2 (a + b) = 2 (3,6 · 10^-3 + 5,6 · 10^-3 ) = 18,4 · 10^-3  м;

м.

7. Массовые расходы:

;

 

8. Водяные эквиваленты:

W_х = L_х · Вт/К

W_г = L_г  · Вт/К

 

 

9. Тепловые балансы:

= 36,475· (35 – 16,4) = 678,4 Вт

 = 34,16· (55,4 – 36,6) = 642,2 Вт

 

 

;

;

;

;

 

10. Определение потерь:

;

;

Вт/(м · К)

 Вт/(м · К)

 Вт/(м · К)

 Вт/(м · К)

 

Коэффициент теплопередачи:

 

 

- для определения потерь  в  окружающую среду через каждую  камеру и через изоляцию теплообменника  сверху и снизу:

 

 К =0,442 Вт/(м²·К)

 

-для определения перетока тепла между камерами:

 

К =0,99 Вт/(м²·К)

 

Потери тепла в окружающую среду  через камеры:

 

 

 

 

 

%

 

Потери теплоты в окружающую среду составляют 1% от теплообмена  рекуператора.

Так как потери теплоты в окружающую среду относительно малы по сравнению  с теплообменом рекуператора, ими  можно пренебречь.

 

Внутренние перетечки между камерами:

 

 

 

 

 

%

 

Внутренние перетечки между камерами составляют 0,14% от теплообмена рекуператора.

Так как потери теплоты  относительно малы по сравнению с теплообменом рекуператора, ими можно пренебречь.

 

Потери тепла сверху и снизу  поверхности рекуператора:

 

 

 

%

 

Потери тепла сверху и снизу  поверхности рекуператора составляют 0,094% от теплообмена рекуператора.

Так как потери теплоты в окружающую среду относительно малы по сравнению  с теплообменом рекуператора, ими  можно пренебречь.

 

 

11. Средняя температура потоков  по длине каналов:

;

;

 

12. Эффективность:

;

 

13.Число единиц переноса:

Теплоносители не перемешиваются:

;

;

Задаем NTU и путем приближения должны получить :

при

 

 Вт/К;

При условии, когда  коэффициенты теплоотдачи :

;

;

 Вт/(м·К),

 Вт/(м·К),

 

Нуссельт:

;

;

Расход:

;

;

;

;

 

Рейнольдс:

 

 

 

, следовательно, труба гладкая.

 

Аэродинамическое сопротивление.

 

 

Расчет потерь напора по методике Кейса и Лондона

 

Потери по длине:

 

, где

 

k_с = 1,1

k_л = 0,045

 

 

-учитывает влияние входа

 

- учитывает влияние сопротивления собственной поверхности теплообмена.

 

- учитывает влияние выхода

 

  потери на трение оказываются больше потерь на местные сопротивления входа   и выхода

 

Для холодного:

 

 

Для горячего:

 

 

Для гладких каналов без интенсификации коэффициент сопротивления трения определяется из графика [6.2 (1)]:

 

 

 

          

 

 

 

 

Из графика [6.3(1) ] найдем Nu:

 

Nu_х = Nu_г =3,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вывод

 

 

В данной работе был произведен расчет пластинчатого  рекуператора. Несмотря на то, что в  системе происходят потери напора (по длине, потери на трение), а также  потери тепла через внутренние и  внешние поверхности рекуператора, можно утверждать, что установка  рекуператора является эффективным  и относительно не затратным способом энергосбережения. Эффективность рассчитанного  рекуператора составляет 92%. Высокая  эффективность рекуператора позволяет  говорить о самоокупаемости данного  агрегата, то есть затраты, используемые на покупку и установку рекуператора, а также на его эксплуатацию, окупятся через некоторое время за счет сэкономленных средств на электроэнергию, которая была бы затрачена на нагрев наружного воздуха.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

 

 

1. В. М. Кейс, А. Л. Лондон, Компактные теплообменники, пер. с англ. под ред. Ю. В. Петровского, М., "Энергия", 1967, 224 стр. с илл.

2. Богданов С. Н., Бурцев С. И., Иванов О. П., Куприянова А. В. Холодильная техника. Кондиционирование воздуха. Свойства веществ: Справ./ Под ред. С. Н. Богданова. 4-е изд., перераб. и доп. – СПб.: СПбГАХПТ, 1999. – 320 с.

3. Богословский В. Н. и др. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение: Учебник для вузов / В. Н. Богословский, О. Я. Кокорин, Л. В. Петров; Под ред. В. Н. Богословского.-М.: Стройиздат, 1985.-367 с., ил.

4. Карпис Е. Е. Энергосбережение в системах кондиционирования воздуха.- 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1986.- 268 с., ил. –(экономия топлива и электроэнергии).

 

 

 

 

Приложение 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПб 2013