Расчет теплообменника типа "труба в трубе"
Расчет количества теплоты из уравнения теплового баланса. Определение средней разности температур при противотоке теплоносителей. Массовый и объемный расход хладагента. Уравнение расчета критерия Нуссельта. Коэффициент, учитывающий влияние угла атаки.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 23.03.2015 |
| Размер файла | 168,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Расчет теплообменника типа «труба в трубе»
Рисунок 1. Простейший теплообменник типа «труба в трубе» [1]
Расчет количества теплоты из уравнения теплового баланса (1):
Q=G1(t1н-t1к)= G2(t2к-t2н) (1)
Расчет средней разницы температур между теплоносителями
Для этого определим среднюю разность температур при противотоке теплоносителей:
Так как внутри двух ходового кожухотрубчатого теплообменника нет четко определенного тока теплоносителей, то найдем среднюю температуру между противотоком и прямотоком, которая и будет использоваться в дальнейших расчетах:
Рассчитаем среднюю температуру каждого теплоносителя:
Выпишем теплофизические свойства теплоносителей при их средних температурах.
Таблица 1
|
Горячий теплоноситель (1) |
Хладагент (2) |
|||||||
|
октан |
вода |
|||||||
|
с1, кг/м3 |
С1, Дж/кгК |
м1, Па с |
л1, Вт/(м К) |
с2, кг/м3 |
С2, Дж/кгК |
м2, Па с |
л2, Вт/(м К) |
|
|
657 |
2056 |
0,000306 |
0,1095 |
996 |
4180 |
0,000804 |
0,618 |
Рассчитаем массовый и объемный расходы теплоносителя:
Рассчитаем тепловую нагрузку аппарата:
Так как в заданном нам процессе не происходит изменение агрегатного состояние ни вещества теплоносителя, ни вещества хладагента, то тепловая нагрузка находится по формуле
Рассчитаем массовый и объемный расход хладагента:
Исходя из теплового баланса и ранее найденной тепловой нагрузки на аппарат, получим:
Рассчитаем среднюю скорость хладагента:
Рассчитаем критерий Рейнольдса и режим движения каждого потока:
- развитое турбулентное движение
- развитое турбулентное движение
Рассчитаем ориентировочные коэффициенты теплоотдачи для каждого потока.
Коэффициент теплоотдачи находится по формуле
.
Для расчета необходимо подобрать критериальное уравнение расчета критерия Нуссельта.
Так как горячий поток движется турбулентно в прямых трубах, то критериальное уравнение для расчета критерия Нуссельта будет выглядеть так:
,
где для охлаждающихся жидкостей при допустимой погрешности, - коэффициент, зависящий от геометрии аппарата и режима движения потока берется из таблицы 2, - критерий Прандтля.
Таблица 2
|
Значение Re |
Отношение L/d |
|||||
|
10 |
20 |
30 |
40 |
50 и более |
||
|
10000 |
1,23 |
1,13 |
1,07 |
1,03 |
1 |
|
|
20000 |
1,18 |
1,1 |
1,05 |
1,02 |
1 |
|
|
50000 |
1,13 |
1,08 |
1,04 |
1,02 |
1 |
|
|
100000 |
1,1 |
1,06 |
1,03 |
1,02 |
1 |
|
|
1000000 |
1,05 |
1,03 |
1,02 |
1,01 |
1 |
Коэффициент Прандтля находится по формуле:
Подставляя выше полученное, находим критерий Нуссельта и ориентировочный коэффициент теплоотдачи:
Так как холодный поток поперечно обтекает пучок гладких труб при их шахматном расположении, при турбулентном режиме движения жидкости, то критериальное уравнение для нахождения критерия Нуссельта имеет вид:
,
где - критерий Прандтля, для нагревающихся жидкостей при допустимой погрешности, - коэффициент, учитывающий влияние угла атаки ц находится по таблице 3.
Таблица 3
|
ц |
90 |
80 |
70 |
60 |
50 |
40 |
30 |
20 |
10 |
|
|
1 |
1 |
0,98 |
0,94 |
0,88 |
0,78 |
0,67 |
0,52 |
0,42 |
Коэффициент Прандтля находится по формуле:
Подставляя вышеполученное, находим критерий Нуссельта и ориентировочный коэффициент теплоотдачи:
Рассчитаем ориентировочный коэффициент теплопередачи без учета загрязнений стенки
,
где - коэффициент теплопроводности стенки теплообменника
Рассчитаем ориентировочный коэффициент теплопередачи с учета загрязнений стенки
Найдем термическое сопротивление стенки и загрязнений:
Ориентировочный коэффициент теплопередачи с учетом загрязнения стенки:
Рассчитаем температуру стенки со стороны каждого потока и перерасчет значений коэффициентов теплопередачи, теплоотдачи, удельной теплопроводимости.
Определим ориентировочно значения и , исходя из того что
,
где сумма
Найдем:
Проверка суммы
:
Исходя из этого, получим
Введем поправку к коэффициенту теплоотдачи, определив .
Критерий Прандтля для октана при
,
где - найдены с помощью метода кусочно-линейной интерполяции и сведены в таблицу 4.
Таблица 4
|
Св-ва потока (1) при t'ст1 |
|||
|
Сст1, Дж/кгК |
мст1, Пас |
лст1, Вт/мК |
|
|
2105,35684 |
0,00036 |
0,14824 |
Критерий Прандтля для воды при
,
где - найдены с помощью метода кусочно-линейной интерполяции и сведены в таблицу 5.
Таблица 5
|
Свойства потока (2) при t'ст2 |
|||
|
Сст2, Дж/кгК |
мст2, Пас |
лст2, Вт/мК |
|
|
4180 |
0,0007 |
0,6328 |
Коэффициенты теплоотдачи:
- для октана
- для воды
Исправленные значения К, q, tст1, tст2
Дальнейшее уточнение б1, б2 и других величин не требуется, так как расхождение между б1, и б2, и других не превышает 5%.
Рассчитаем необходимую площадь поверхности теплообмена:
С запасом в 10%
Подберем диаметры штуцеров для ввода и вывода потоков, исходя из допустимых скоростей их движения:
Выбираем из стандартного ряда диаметр входного и выходного штуцера для горячего потока
Выбираем из стандартного ряда диаметр входного и выходного штуцера для холодного потока , так как расчетное значение больше чем стандартное изделие, то необходимо увеличить количество штуцеров для холодного потока.
Рассчитаем гидравлическое сопротивление трубного и межтрубного пространств.
Гидравлическое сопротивление в трубном и межтрубном пространстве складывается потерь на трение и местных сопротивлений.
,
где - формула Блазиуса, для турбулентного движения в гладких трубах, - сумма коэффициентов учитывающих разные местные сопротивления, в частности для трубного пространства характерны местные сопротивления вида: «вход в трубу», «выход из трубы», где таких местных сопротивлений n штук (n - количество трубок). Исходя из этого .
Тогда гидравлическое сопротивление:
Гидравлическое сопротивление в межтрубном пространстве:
,
где - сумма коэффициентов учитывающих разные местные сопротивления, в частности для трубного пространства характерны местные сопротивления вида: «вход в трубу», «выход из трубы», «внезапное расширение», «внезапное сужение», «поворот потока».
Исходя из этого . Тогда гидравлическое сопротивление:
Необходимый процесс охлаждения провести в заданном нам аппарате невозможно, так как площадь поверхности теплообмена у заданного аппарата много меньше необходимой ().
Чтобы проводить заданный процесс необходимо либо изменить конструкцию аппарата (увеличить количество ходов, «оребрить» трубки), что несомненно приведет к большим денежным затратам и сложностью обслуживания самого аппарата, либо последовательно выстроить 4 таких аппарата, что в существенной мере сократит расходы на обслуживание, но монтаж такой системы и ее «большие площади» приведут к росту постоянных затрат.
Библиография
теплоноситель хладагент температура
1. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D2%E5%EF%EB%EE%EE%E1%EC%E5%ED%ED%E8%EA (Дата обращения 10.03.2015).
2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов. - 12-е изд., стереотипное. Перепеч. с изд. 1987 г. - М.: ООО ТИД «Альянс», 2005. - 575 с.
3. Измайлов В.Д., Филлипов В.В. Справочное пособие для расчетов по процессам и аппаратам химической технологии. Самара, СамГТУ, 2006, 43 с.
4. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. - 11-е изд., стереотипное доработанное. Перепеч. с изд. 1973 г. - М.: ООО ТИД «Альянс», 2005 - 753 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Физические свойства теплоносителей. Расчет числа Нуссельта. Определение количества тепла, получаемого нагреваемой водой. Средний температурный напор. Графики изменения температур теплоносителей вдоль поверхности нагрева для прямотока и противотока.
контрольная работа [199,6 K], добавлен 03.12.2012Определение характера течения горячего и холодного теплоносителей в каналах теплообменника. Выбор вида критериального уравнения для потоков. Составление уравнения теплового баланса. Нахождение поверхности нагрева рекуперативного теплообменного аппарата.
практическая работа [514,4 K], добавлен 15.03.2013Потери теплоты в теплотрассах. Конвективная теплоотдача при поперечном обтекании цилиндра при течении жидкости в трубе. Коэффициент теплопередачи многослойной цилиндрической стенки. Расчет коэффициента теплопередачи. Определение толщины теплоизоляции.
курсовая работа [133,6 K], добавлен 06.11.2014Расчет средней температуры воды, среднелогарифмического температурного напора из уравнения теплового баланса. Определение площади проходного и внутреннего сечения трубок для воды. Расчет коэффициента теплопередачи кожухотрубного теплообменного аппарата.
курсовая работа [123,7 K], добавлен 21.12.2011Определение теплоты сгорания топлива, объемов продуктов сгорания. Определение коэффициента теплоотдачи в теплообменнике. Уравнение теплового баланса для контактного теплообменника. Подбор и расчет газогорелочных устройств в системах теплогазоснабжения.
курсовая работа [243,8 K], добавлен 07.04.2015Теплофизические свойства теплоносителей. Предварительное определение водного эквивалента поверхности нагрева и размеров аппарата. Конструктивные характеристики теплообменного аппарата. Определение средней разности температур и коэффициента теплопередачи.
курсовая работа [413,5 K], добавлен 19.10.2015Технологическая схема теплообменника "труба в трубе". Температурный режим аппарата и средняя разность температур. Расчёт коэффициента теплопередачи. Обоснование выбора материала и конструктивных размеров, гидравлический и конструктивный расчеты аппарата.
курсовая работа [151,3 K], добавлен 04.11.2015Изучение теоретической базы составления материального и теплового баланса парового котла теплоэлектростанции. Определение рабочей массы и теплоты сгорания топлива. Расчет количества воздуха, необходимого для полного горения. Выбор общей схемы котла.
курсовая работа [157,8 K], добавлен 07.03.2014Характеристики элементов энергетической установки судна. Расчет теплового баланса главных двигателей. Определение количества теплоты, которое может быть использовано в судовой системе утилизации теплоты. Расчет потребностей в тепловой энергии на судне.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 01.11.2013Подогреватели сетевой воды вертикальные. Расчет средней температуры воды. Определение теплоемкости воды, теплового потока, получаемого водой. Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы. Теплофизические параметры конденсата при средней температуре конденсата.
курсовая работа [507,5 K], добавлен 28.11.2012Расчет горения топлива и определение средней характеристики продуктов сгорания в поверхностях котла типа КЕ-4-14. Составление теплового баланса, расчет первого и второго газохода, хворостовых поверхностей нагрева. Подбор дополнительного оборудования.
курсовая работа [3,0 M], добавлен 17.04.2010Определение условий эксплуатации наружных ограждений. Уравнение теплового баланса здания. Тепловые потери через ограждающие конструкции. Расчет теплоты, необходимой для нагрева инфильтрующего воздуха. Гидравлический расчет главного циркуляционного кольца.
курсовая работа [911,6 K], добавлен 24.12.2014Основы проектирования котельных, выбор их производительности и типа. Тепловой расчет агрегата, определение количества воздуха, необходимого для горения, состава и количества дымовых газов. Конструктивный расчет экономайзера, проверка теплового баланса.
дипломная работа [339,0 K], добавлен 13.12.2011Изучение понятия теплоотдачи, теплообмена между потоками жидкости или газа и поверхностью твердого тела. Конвективный перенос теплоты. Анализ основного закона конвективного теплообмена. Уравнение Ньютона-Рихмана. Получение критериев теплового подобия.
презентация [189,7 K], добавлен 09.11.2014Цели, принципы и формула теплообмена. Влияние на него потока и температуры. Схема теплового баланса. Определение разницы температур между холодной и теплой средами. Организация противопотока. Различные типы распределителей и ребер теплообменника.
презентация [2,9 M], добавлен 28.10.2013Общее содержание компонентов в доменной шихте, их характеристика и направления анализа. Составление уравнения по выходу чугуна, баланса основности и теплового. Определение состава жидких продуктов плавки. Составление материального и теплового баланса.
курсовая работа [250,5 K], добавлен 06.02.2014Расчет разности температур продуктов сгорания топлива в паровом котле и рабочего тела. Уменьшение потерь энергии в конденсаторе за счет уменьшения разности температур конденсирующегося пара и охлаждающей воды путем снижения давления в конденсаторе.
контрольная работа [169,6 K], добавлен 03.03.2011Расчет горения топлива. Тепловой баланс котла. Расчет теплообмена в топке. Расчет теплообмена в воздухоподогревателе. Определение температур уходящих газов. Расход пара, воздуха и дымовых газов. Оценка показателей экономичности и надежности котла.
курсовая работа [4,7 M], добавлен 10.01.2013Расчет геометрии пучка трубок. Определение температуры металла трубки. Оценка гидросопротиивлений пучка труб. Проверка эффективности теплообменника. Расчета эффективности ребра. Теплоотдача при турбулентном течении. Площадь проходных ячеек во фронте.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 28.05.2012Определение величины и направления потоков теплоты и массы. Критериальные уравнения для расчета теплообмена. Конденсация пара в пластинчатых и кожухотрубчатых теплообменниках. Допущения Нуссельта, их решения. Поверхностная и объемная конденсация.
лекция [858,4 K], добавлен 15.03.2014
