Расчёт теплообменника криогенной установки

Содержание

С.

1 Исходные данные 3

2 Расчётная схема криогенной установки 3

3 Расчёт удельных и режимных параметров цикла 4

4 Расчёт теплообменника верхнего 6

5 Определение коэффициента теплоотдачи 9

6 Расчёт конструктивных размеров 10

7 Расчёт газодинамических потерь 11

Литература 11

 

     1 Исходные данные

     Исходные  данные согласно варианту приведены  в табл. 1.1.

     Табл. 1.1 – Исходные данные

 

2 Расчётная схема  криогенной установки

     

Рис. 2.1 – Расчётная схема и цикл криогенной установки 
 
 
 
 
 

  Расчёт удельных  и режимных параметров  цикла

     Параметры в узловых точках приведены в  табл. 3.1

Табл. 3.1 – параметры в узловых точках

 

     Предварительно  задаемся параметрами в точке  «3»:

     

.

     Параметры в точке «4»:

     

     По  диаграмме определяем температуру:

     

.

     Задаемся  температурой в точке «5»:

     

     Уравнение для коэффициента ожижения приводим к виду:

           (3.1)

     где   

         

     Уравнение для детандерного теплообменника:

           (3.2)

     где

     Уравнение для верхнего теплообменника:

      .    (3.3) 
 
 

     Совместное  решение уравнений (3.2) и (3.3):

        (3.4)

     Решая совместно уравнения (3.1) и (3.4) получим:

     

.

     Тепловой  баланс для ТВ:

     

     Тепловой  баланс для ТД:

     

     Данная  величина отличается от принятой ранее не более, чем на 1%.

     Тепловой  баланс для ТН:

     

     

     Массовый  расход через компрессор:

     

     Удельная  и полная нагрузка на ТВ:

     

     

     Удельная  и полная нагрузка на ТД:

     

     

     Удельная  и полная нагрузка на ТН:

     

     

     Удельная  работа компрессора:

     

     Мощность  компрессора:

     

     Удельная  работа детандера:

     

     Вырабатываемая  мощность детандера:

     

Табл. 3.2 – Удельные и режимные параметры цикла

 

4 Расчёт теплообменника  верхнего (ТВ)

     Схема теплообменника приведена на рис. 4.1.

Рис. 4.1 – Схема ТВ 

     Разбиваем всю теплообменную поверхность  аппарата на частей с одинаковой тепловой нагрузкой и средней разностью температур  .

     Полученный  результат по прямому потоку приведён в табл. 3.1.

     Средняя температура прямого потока:

     

     Средняя разность температур по всему теплообменному аппарату:

     

.

     Средняя температура обратного потока:

     

Рисунок 4.2 – Изобара прямого и обратного  потока для ТВ 

     Среднее значение удельной изобарной теплоемкости для прямого потока:

     

     Среднее значение удельной изобарной теплоемкости для обратного потока:

     

 

     Средние значения параметров приведены в  табл. 4.3. 
 

Табл. 4.3 – Теплофизические  параметры воздуха при средних  температурах

 

     Массовая  скорость криоагента для прямого  потока:

     

     Массовая  скорость криоагента для обратного  потока:

     

     Применяем медные трубы с наружным диаметром  и толщиной стенки .

     Диаметр сердечника:

     

     Относительный шаг навивки трубы принимаем:

     

     Шаг навивки:

     

     

     Удельная  площадь свободного сечения навивки:

     

     Площадь проходного сечения трубки:

     

 

     

Рис. 4.2 -  Схема разреженной навивки  из гладких труб 

     Число трубок в теплообменнике:

     

     Принимаем число трубок . Тогда массовая скорость криоагента по прямому потоку равна:

     

     Линейная  скорость криоагента в трубках:

     

     Осредненная линейная скорость газа в межтрубном пространстве:

     

      Средняя площадь свободного объема для обратного  потока

     

     Площадь поперечного сечения межтрубного  пространства:

     

     Наружный  диаметр трубчатки:

     

 

     5 Определение коэффициента  теплоотдачи

     Прямой  поток

     Число Рейнольдса:

     

.

     Средний радиус межтрубного пространства: