Тепловой и гидравлический расчёт теплообменных аппаратов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина

Кафедра термодинамики и тепловых двигателей

Курсовая работа: «Тепловой и гидравлический расчёт теплообменных аппаратов»

Выполнил: Рассадин В.

ХТ-11-1

Проверила: Назарьина А.М.

Москва 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Расчетная часть

2. Расчет второго рода. Проверочный тепловой расчет теплообменного аппарата

3. Гидравлический расчет теплообменного аппарата. Расчет падения давления в трубном и межтрубном пространстве

4. Определение мощности электропривода насосов

5. Оценка энергетической эффективности теплообменного аппарата

6. Графическая часть

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Теплообменный аппарат (ТА) - устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя или несколькими теплоносителями либо между теплоносителем и поверхностью твёрдого тела. Процесс передачи теплоты от одного теплоносителя к другому - один из наиболее важных и часто используемых в технике процессов, например получение пара. Широкое использование теплообменного оборудования в нефтяной и газовой промышленности обязывает специалистов уметь их рассчитывать, обобщать опыт их эксплуатации, анализировать рабочий процесс и намечать пути повышения эффективности их работы.

При выборе стандартного ТА необходимо провести конструктивный и проверочный тепловые расчёты, а также гидравлический расчёт теплообменника. Целью конструктивного теплового расчёта является определение типа ТА и его конструкции. В результате проверочного теплового расчёта выясняется возможность использования стандартного теплообменника при заданных температурных режимах теплоносителей. Гидравлический расчёт ТА необходим для определения мощностей энергопривода насосов и компрессоров для перекачки теплоносителей через аппарат.

Типы ТА.

1. Рекуперативный (от лат. recuperator - получающий обратно, возвращающий), теплообменник, в котором теплообмен между теплоносителями осуществляется непрерывно через разделяющую их стенку.

2. Регенеративный (от лат. regenero - вновь произвожу), теплообменник, в котором передача теплоты осуществляется поочередным соприкосновением горячего и холодного теплоносителей с одними и теми же поверхностями аппарата.

3. Смесительный

Кожухотрубные теплообменники относятся к поверхностным ТА рекуперативного типа. Различают следущие типы кожухотрубных ТА:

1. С неподвижными трубными решётками.

2. С неподвижными трубными решётками и с линзовым компенсатором на кожухе.

3. С плавающей головкой.

4. СU - образными трубами.

В зависимости от расположения теплообменных труб различают ТА горизонтального и вертикального типа. От числа перегородок в распределительной камере и входной крышке - на одноходовые, двухходовые и многоходовые в трубном пространстве. От числа продольных перегородок, установленных в межтрубном пространстве, - на одно- и многоходовые в межтрубном пространстве.

ТА с плавающей головкой используются при температурах теплообменивающихся сред от -30? С до +450? С, давление в трубном пространстве может достигать 8 МПа. С неподвижными трубными решётками и с температурным коэффициентом на кожухе используются при температурах от -70? С до +350? С, давление в межтрубном пространстве может достигать 4 МПа.

1. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

Определение неизвестного массового расхода продуктов сгорания G₁ и параметров теплоносителей. Дано:

средняя температура теплоносителей

Выписываем теплофизические свойства при tср:

Для нахождения массового расхода записываем уравнение теплового баланса:

находим тепловую мощность Q:

- коэффициент, учитывающий потери тепла в окр. среду.

Направляем продукты сгорания в трубное пространство, а мазут в межтрубное.

Определяем мощность теплообменного аппарата Q по исходному заданию:

Определим среднюю разность температур между теплоносителями по уравнению Грасгофа:

тепловой гидравлический теплообменный аппарат

Определяем водяной эквивалент :

Определим расчетную площадь поверхности теплообмена:

Определим минимальный индекс противоточности

Выбираем противоток

Выбор типа, конструкции и размеров теплообменного аппарата. Выбираем теплообменник с неподвижными трубчатыми решетками. По значениям вязкости теплоносителей и термических загрязнений направляем продукты сгорания в трубное, а мазут в межтрубное пространство. По диапазону площадей проходных сечений трубного и межтрубного пространства, а также по величине расчетной площади поверхности теплообмена, предварительно выбираем двуходовой аппарат с площадью теплообмена с трубами длинной 3 м.

Конструктивные характеристики выбранного аппарата.

Расчет коэффициента теплопередачи.

Для расчета необходимо посчитать и .

где Re, Pr, Gr - числа подобия теплоносителя, движущегося в теплообменных трубах ТА, при средней арифметической температуре потока;

Pr_c - число Прандтля теплоносителя, движущегося в теплообменных трубах ТА, при средней температуре стенки тубы;

л_тр - коэффициент теплопроводности теплоносителя, движущегося в теплообменных трубах ТА.

Средняя скорость теплоносителя в трубном пространстве:

Число Рейнольдса:

Из таблицы определяем следующие константы:

C = 0,21;

j = 0,8;

y = 0,43;

I = 0

Определим из таблицы при :

Подставим:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи теплоносителя в межтрубном пространстве:

где значения коэффициентов С, Сz, C1, m, n выбираются из таблицы в зависимости от расположения труб в пучке и значения числа Рейнольдса:

Выберем расположение труб в пучке в виде квадрата.

Вычислим среднюю скорость теплоносителя в межтрубном пространстве:

Посчитаем число Рейнольдса:

Выбираем коэффициенты:

m = 0,5;

n = 0,36;

C = 0,693;

Cz = 0,97;

C1 = 0,71;

Выбираем для мазута при

Рассчитаем

Подставим полученное

2. РАСЧЕТ ВТОРОГО РОДА. ПРОВЕРОЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА

Определяем фактическую тепловую мощность выбранного аппарата:

Вычислим приведенный водяной эквивалент :

Подставим полученные значения в

Определим действительные температуры теплоносителей на выходе теплообменного аппарата:

Вычислим погрешности найденных температур:

Вычислим погрешность тепловой мощности:

3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА. РАСЧЕТ ПАДЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В ТРУБНОМ И МЕЖТРУБНОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Падение давления в трубном пространстве:

Т.к Re >2300, то рассчитывается по формуле:

Падение давления в межтрубном пространстве:

Выпишем из таблиц известные коэффициенты:

Подставим:

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА НАСОСОВ

Находим мощности для перекачки теплоносителей через трубное и межтрубное пространство:

Вычислим эффективные мощности насосов:

5. ОЦЕНКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА

6. ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Рисунок - Кожухотрубчатый теплообменник с неподвижными трубными решетками (1 - распределительная камера; 2 - кожух; 3 - теплообменная труба; 4 - поперечная перегородка; 5 - трубная решетка; 6 - задняя крышка кожуха; 7 - опора; 8 - дистанционная трубка; 9 - штуцеры; 10 - перегородка в распределительной камере; 11 - отбойник)

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Калинин А.Ф. Расчёт и выбор кожухотрубного теплообменного аппарата. - М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2002.

2. Поршаков Б.П. и др. Теплотехника. Часть II. Теплопередача. - М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2006.

Размещено на Allbest.ru