Тепловой расчет вертикального четырехходового трубчатого теплообменника

Содержание.

Введение……………………………………………………………………………...2

Основная часть:

- задание. Исходные данные………………………………………………………...3

- тепловой расчет…………………………………………………………………….3

- повторный расчет…………………………………………………………………..6

- гидродинамический расчет………………………………………………………..8

- рисунок…………………………………………………………………………….10

- библиографический список………………………………………………………11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Теплообменные аппараты применяют  как отдельные агрегаты или элементы в энергетических и технологических  установках в различных областях промышленности и сельского хозяйства.

Курсовая работа «Тепловой расчет вертикального четырехходового  трубчатого теплообменника» включает в себя тепловой и гидродинамический  расчеты теплообменного аппарата, мощности, необходимой для перемещения  каждого теплоносителя в теплообменнике и выполнение его эскиза.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание. Исходные данные.

Произвести расчет пароводяного теплообменного аппарата.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тепловой расчет

Определяем параметры  греющего пара для давления:

Р=0,27МПа

t_s=130°С

Определяем расход первичного теплоносителя:

 

Определяем расход вторичного теплоносителя:

 

Ср₂=4,187 -теплоемкость воды при средней температуре t₂=65

Для расчета коэффициента теплоотдачи  к внешней поверхности трубки при конденсации пара надо знать  температуру внешней поверхности  стенки и высоту трубки. Эти значения неизвестны, поэтому расчет проводим методом последовательных приближений. Определяем среднелогарифмический  температурный напор:

 

Задаемся  температурой стенки в первом приближении

 

Задаемся также высотой трубок Н=2м. Приведенная высота поверхности (длина трубки):

 

 

При t_s=130: А=82; В=8,47

Z=30,3822=4969?22300

Режим течения  пленки конденсата турбулентный.

При пленочной  конденсации сухого насыщенного  пара и смешанном режиме течения  пленки конденсата средний по длине коэффициент теплоотдачи определяют по формуле:

^4/3

Здесь Рr, Рr_ст - числа Прандтля для конденсата

При t_s=130  Pr=1,36

при t_ст=99,7  Pr_ст=1,75

^4/3=2678

Учитывая, что  находим:

 

Определим коэффициент теплоотдачи к воде.

Среднеарифметическая  температура воды:

 

При t₂=65 физические свойства воды:

;

Λ_ж2=66,8 ;

  ;

.

Число Рейнольдса для вторичного теплоносителя (вода):

 

Режим движения воды турбулентный, поэтому число  Нуссельта рассчитывают по формуле:

 

Перепад температур по толщине стенки оцениваем  в 1,тогда

 

 

 

Коэффициент теплоотдачи от пара к воде:

 

Средняя плотность теплового потока:

 

Поверхность теплообмена в первом приближении

 

Число трубок в одном ходе:

 

Число ходов 4 и всего трубок

Высота трубок в первом приближении:

 

Температура стенок трубок

 

 

Полученные значения H, t_ст1, t_ст2 отличаются более чем на 10%, поэтому производим повторный расчет принимая H=1,2м, t_cт1=101 t_ст2=98

Повторный расчет

Пусть приведенная  высота поверхности (длина трубки) равна:

 

Режим течения пленки конденсата турбулентный, поэтому расчет ведем по формуле:

^4/3

^4/3 = 1625

 

 

Для вторичного теплоносителя при  t_cт2=98, Pr=1,79

 

=108,16

Коэффициент теплоотдачи:

 
Коэффициент теплопередачи:

 

Средняя плотность теплового потока:

Поверхность теплообмена:   

Число трубок в одном ходе 84.

Всего трубок =484=336 сохраняются прежними. Высота трубок во втором приближении

 

Температура стенок трубок

 

 

Совпадение полученных значений с  ранее принятыми лежит в пределах точности расчета, таким образом, окончательно принимаем F=18,2 м²  и Н=1,2м. Определяем внутренний диаметр корпуса теплообменника

 

В данном случае выбираем шаг труб S=1,5=1,516=24мм и коэффициент заполнения трубной решетки η = 0,6

 

Определяем диаметры патрубков:

-парового

 

При 130  =1,496 ,   *₁=10 ,  =1сек.         

 

-водяного

 

Полученные значения диаметров  патрубков следует округлить  до ближайших стандартных размеров.

Гидродинамический расчет

Гидравлическое  сопротивление пароводяных подогревателей по межтрубному пространству при  конденсации пара на пучке вертикальных или горизонтальных трубок, как правило, не определяется. Величина такого сопротивления при нормальной эксплуатации теплообменных аппаратов, работающих с небольшими скоростями греющего пара - до 10 м/с в межтрубном пространстве, очень мала.

Для вторичного теплоносителя (вода):

сопротивление трения:

 

 

Местные сопротивления:

 

Коэффициенты  местных сопротивлений равны:

- удар и поворот потока во  входной и выходной камерах 

 

- вход воды из камер в трубки  и выход из трубок в камеры 

 

- поворот  на угол 180⁰ в камерах

 

Суммарный коэффициент равен:

=3+8+7,5=18,5

Местные сопротивления:

Общее сопротивление  вторичного теплоносителя:

 Па

Мощность, необходимая для перемещения  теплоносителя:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пароводяной подогреватель

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Библиографический список

1. Михайленко Е В - Методические указания к выполнению курсовой работы по теплотехнике для студентов специальностей РЭНГМ,ПЭМГ,БС

 

 

2. Вукалович М П - Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара/ М.П. Вукалович,С.П.Рывкин, АА.Александров - М.:изд-во стандартов,1969.-408с.