Розрахунок кожухотрубного теплообмінника

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

Термодинаміка - наука про закони теплового руху (термо) і його перетвореннях (динаміка) в інші види руху, що відбуваються в макроскопічних рівноважних системах і при переході систем до стану рівноваги.

Розрізняють технічну і хімічну термодинаміку, термодинаміку біологічних систем і т.д. Технічна термодинаміка вивчає закономірності взаємного перетворення теплоти і роботи, а також властивості тіл, що беруть участь у цих перетвореннях, і теплові процеси, що протікають у різних апаратах і установках, теплових і холодильних машинах.

Термодинаміка ґрунтується на двох законах (початках), отриманих дослідним шляхом.

Перший закон термодинаміки встановлює кількісне співвідношення закону збереження і перетворення енергії стосовно до термодинамічних систем.

Другий закон термодинаміки вказує на якісну відмінність форми передачі енергії у вигляді теплоти і пов'язаний із принципом зміни ентропії в оборотних і необоротних процесах.

Термодинамічною системою називають сукупність матеріальних тіл, що знаходяться в тепловій і механічній взаємодії одне з іншим і з оточуючими цю систему зовнішніми тілами (останні утворюють навколишнє середовище). Тобто, термодинамічними системами прийнято називати макроскопічні системи, що знаходяться в термодинамічній рівновазі.

Систему, що не обмінюється з навколишнім середовищем ні енергією, ні речовиною, називають ізольованою (закритою). Якщо система не обмінюється з зовнішнім середовищем теплотою, її називають теплоізольованою, або адіабатною. Відкриті системи характерні тим, що між ними і оточуючим середовищем відбувається обмін речовиною (масообміна взаємодія).

Термодинамічна система містить у собі робочі тіла (гази, повітря, пари) і джерела теплоти.

Гази, у яких ми можемо нехтувати впливом сил взаємодії між молекулами й об'ємом самих молекул, називають ідеальним [4].

Усі процеси, що протікають в часі і просторі, зв'язані з явищами переносу енергії і маси.

Перенос маси відбувається при різниці концентрації речовини, при випаровуванні, кипінні, конденсації і в багатьох інших процесах. Якщо має місце обмін як теплотою, так і масою, то такий процес називається тепломасообміном.

Необхідною і достатньою умовою для теплообміну є різниця температур між цими тілами. Мірою теплообміну вважають кількість переданої теплоти [1].

Речовини, які беруть участь у процесі теплообміну, називають теплоносіями. Речовину з вищою температурою називають гарячим теплоносієм (водяна пара, гаряча вода, нагріте повітря, димові гази, гарячі мінеральні масла), а речовину з нижчою температурою - холодним (вода, повітря, ропа, аміак, фреони).

Теплообмін може здійснюватися трьома способами: теплопровідністю, конвекцією і тепловим випромінюванням [2].

Теплопровідністю називають явище перенесення теплової енергії безпосереднім контактом між частинками тіла.

Конвекцією називається процес поширення теплоти внаслідок руху рідини або газу. За природою виникнення розрізняють два види руху рідини: вільний і примусовий.

Випромінюванням називають процес передачі теплоти від одного тіла до другого поширенням електромагнітних хвиль у просторі між цими тілами.

У дійсності у природі і техніці поширення тепла відбувається лише одним способом (теплопровідністю, конвекцією або випромінюванням) зустрічається рідко. Найчастіше один вид теплообміну супроводжується іншим.

Тепловіддачею називають процес теплообміну між твердою стінкою (тілом) і рідким (газоподібним) середовищем, що її омиває.

Процес передачі теплоти від однієї рідини до іншої, що мають різну температуру, через поділяючу їх стінку називається теплопередачею [4].

1. 

1. Опис когеренаційної установки

Нагрівання й охолодження рідин і газів належать до найпоширеніших процесів у різних галузях харчової промисловості. Залежно від температурних та інших умов ведення процесу застосовують різноманітні методи нагрівання й охолодження. Для кожного конкретного процесу доводиться вибирати технологічно та економічно найдоцільніший метод нагрівання і відповідні теплоносії.

Один з найпростіших і водночас перспективних шляхів використання палива для вироблення теплової, електричної і механічної енергії ґрунтується на концепції когенерації.

Під терміном «когенерація» розуміють комбіноване виробництво тепла та електроенергії. Когенераційні установки при роботі виробляють електроенергію та виділяють тепло, яке не розвоюється в навколишньому середовищі, а використовується для опалення приміщень. Завдяки цим характеристикам когенераційні установки ефективніше звичайних електростанцій та фінансово вигідніше.

В когенераційних установках в основному в якості палива використовується природний газ, а також в якості палива застосовують відходи сільського господарства та харчової промисловості або, простіше кажучи, біогаз.

Біогаз - це газ, який складається приблизно з 50-70% метана (CH4) 50-30% вуглекислого газу (CO2). Синонімами для біогазу є такі слова, як каналізаційний газ або болотний газ, газ-метан.

B когенераційних установках електрична енергія утворюється подібним чином, як і в інших електростанціях - при обертанні електрогенератора за рахунок поршневого двигуна внутрішнього згорання. Двигуни когенераційних установок в стандартному виконанні пристосованих для спалювання природного газу, але можна в них спалювати і інше викопне або газоподібне паливо.

Тепло, яке виникає в двигуні внутрішнього згорання, через систему охолодження двигуна, оливи і продуктів згорання в подальшому ефективно використовується, тому виробництво когенераційних (біогазових) установок знаходиться в межах 80-90%.

Основні ціль, задача і завдання когенераційної установки:

- придбання резервного безперебійного джерела електроенергії і тепла, зниження дефіциту електроенергії за рахунок введення генеруючих потужностей, здобуття незалежності від поставок електроенергії і тепла природними монополіями, зниження витрат на споживану теплову та електричну енергію.

- когенерація - ідеальне перетворення енергії. Діючі в даний час тарифи на електричну та теплову енергію в поєднанні з витратами на підключення до міських електричних та теплових мереж змушують все частіше замислюватися над альтернативними способами тепло та електропостачання .

- застосування сучасних прогресивних енергозберігаючих технологій у виробництві теплової та електричної енергії дозволяють значно скоротити витрати на утримання та експлуатацію як теплових, так і електричних мереж, значно знизити тарифи на споживану теплову та електричну енергію [1].

Когенераційні технології, на базі яких планується модернізація котелень системи теплокомуненерго, передбачають використання теплової енергії вихідних газів теплових двигунів (газотурбінних чи газопоршневих) у процесі виробництва електричної енергії. Отже, основним обладнанням є привідний тепловий двигун і теплогенератор (котел-утилізатор скидної теплоти). Використання як привідного двигуна газотурбінної установки (ГТУ) доцільне в схемі з додатковим спалюванням палива в котлі. Коефіцієнт надлишку повітря в ГТУ досить великий (3,5…5,0), тому випускні гази мають великий об'єм і містять достатньо повітря для нормального процесу горіння додаткового палива в котлі. Це основна перевага ГТУ [2].

Але окрім самої основної переваги, когенераційні установки мають ряд істотних переваг:

· не потребують великих капіталовкладень, внаслідок чого строк окупності інвестицій у 2…5 разів нижче, ніж це потрібно для електроенергетики;

· когенерація відповідає вимогам екологічної безпеки;

· дає можливість занизити втрати в мережах внаслідок наближення виробника енергії до споживача.

Зазначені особливості когенераційних установок дають змогу нетрадиційно підійти до розв'язання енергетичних проблем України.



2. Теплообмінник

В даному курсовому проекті ми виконуємо розрахунок теплообмінника для когенераційної установки.

Класифікація теплообмінників, технологічне призначення

Технологічне призначення теплообмінників різноманітне. Як правило розрізняються:

Ш теплообмінники, у яких передача тепла є основним процесом;

Ш реактори, у яких тепловий процес відіграє допоміжну роль,

Класифікація теплообмінників можлива по різних ознаках.

1. За способом передачі тепла розрізняються теплообмінники:

Ш змішування, у яких робітничі середовища безпосередньо стикаються або перемішуються;

Ш поверхневі теплообмінники -- рекуператори, у яких тепло передається через поверхню нагрівання -- тверду (металеву) стінку, що розділяє ці середовища.

Усі теплообмінні апарати поверхневого типу можна класифікувати залежно від напрямку потоків теплоносіїв:

- прямотечійні, коли обидва теплоносії рухаються паралельно в одному напрямку;

-протитечійні, коли обидва теплоносії рухаються в протилежних напрямках назустріч один одному;

2. За основним призначенням розрізняються підігрівники:

Ш випарники;

Ш холодильники;

Ш конденсатори;

3. В залежності від виду робочих середовищ розрізняються теплообмінники:

Ш рідинно-рідинні -- при теплообміні між двома рідкими середовищами;

Ш паро-рідинні -- при теплообміні між парою i рідиною (парові підігрівники, конденсатори);

Ш газорідинні -- при теплообміні між газом i рідиною (холодильники для повітря) i ін.

4. За тепловим режимом розрізняються теплообмінники:

Ш періодичної дії, у яких спостерігається нестаціонарний тепловий процес;

Ш безперервної дії - зі сталим у часі процесом.

У теплообмінниках періодичної дії тепловій обробці піддається окрема порція (завантаженого) продукту; в наслідок зміни властивостей продукту i його кількості параметри процесу безперервно варіюють, у робочому режимі апарата в часі.

При безперервному процесі параметри його також змінюються, але уздовж проточної частини апарата, залишаючись постійними в часі в даному перерізі потоку. Безперервний процес характеризується сталістю теплового режиму i витрати робітничих середовища, що протікають через теплообмінник [1].

Існують такі типи теплообмінних апаратів.

Кожухотрубні теплообмінники. Вони найпоширеніші в харчовій промисловості, дають можливість створювати великі поверхні теплообміну в одному апараті , прості у виготовлені й надійні в експлуатації. Недоліком такого теплообмінника є складність очищення внутрішньої поверхні труб.

Двотрубні теплообмінники типу „труба в трубі”. Завдяки невеликому поперечному перерізу в теплообмінниках досягають високих швидкостей руху теплоносіїв. Проте ці теплообмінники дуже громіздкі та металомісткі.

Заглибні теплообмінники. Виготовляють у вигляді змійовиків. Коефіцієнт теплопередачі в цих теплообмінниках порівняно низький, але через простоту виготовлення вони набули значного поширення. Порівняно великий гідравлічний опір змійовика.

Зрошувальні теплообмінники. Застосовують переважно як холодильники. Вони прості за будовою, але досить громіздкі. Теплообмін від труб до зрошувальної води вони характеризується невисокими значеннями коефіцієнтів тепловіддачі.

Спіральні теплообмінники. Переваги спіральних теплообмінників - компактність, можливість пропускання обох теплоносіїв з високими швидкостями, що забезпечує великий коефіцієнт теплопередачі. При однакових швидкостях робочих середовищ у спіральних теплообмінниках гідравлічний опір менший, ніж у кожухотрубних. Недоліками спіральних теплообмінників слід вважати складність виготовлення та низький робочий тиск - до 10⁶ Па.

Пластинчасті теплообмінники. Поверхню теплообміну в них створюють гофровані паралельні пластини. Конструктивні, експлуатаційні та теплотехнічні переваги пластинчастих теплообмінників сприяють дедалі ширшому застосуванню їх на підприємствах харчової промисловості. Недолік їх - велика кількість довгих ущільнювальних прокладок.

Ребристі теплообмінники. Таку кнструкцію часто використовують у теплообмінниках газ-рідина або газ-пара, в яких при оптимальній конструкції поверхня з боку газу має бути максимальна, наприклад, в калориферах для нагрівання повітря парою в сушильних установках, а також в апаратах повітряного охолодження.

Оболонкові теплообмінники. Застосування таких апаратів обмежене невеликими поверхнею теплообміну (до 10 м²) і тиском в оболонці (до 1 МПа) [4].



3. Розрахункова частина циклу

Рис. 1

Дано:

Робоче тіло - суміш газу - CH₄ + N₂.

Цикл, віднесений до 1 кг повітря в координатах p - х, який складається з 4-х процесів: 1-2 адіабатного, 2-3 ізотермічного, 3-4 адіабатного, 4-1 ізохорного; деякі параметри точок:

P_1абс = 8 am; P_2абс = 20 ат; P_3абс = 12 ат; V₁=0,12 м³/кг;

теплоємність процесів:

C_p = = = 1,638 кдж/кг·град,

C_v = = = 1,239 кдж/кг·град,

k - показник адіабати:

k = = =1,322

газова стала:

R = = = 399,712 кДж/кг·К.

3.1 Визначення параметрів р, х, Т, u, і для основних точок циклу

а) для точки 1 дано

р_1абс = 8 am (7,84 бар), V₁=0,12 м³/кг;

визначимо T, u, і;

За наступним рівнянням:

P₁V₁=RT₁

знайдемо невідомий параметр T₁:

T₁ = = = 235,377 K = -37,623 ^oC

u₁ = = 1,239(-37,623) = -46,615 кДж/кг

i₁ = = 1,638 (-37,623) = -61,626 кДж/кг

б) Для точки 2 дано: Р_{2 абс} = 20 ат;

визначимо V₂, T₂, u₂, i₂;

Звідки знайдемо T₂:

T₂ = T₁ = 235,377 = 294,232 К = 21,232 ^oC

З формули рівняння стану P₂V₂=RT₂ знайдемо V₂

V₂ = = = 0,06 м³/кг

u₂ = С_v t₂ = 1,239 21,232 = 26,306 кДж/кг

i₂ = C_p t₂ = 1,638 21,232 = 34,778 кДж/кг

в) Для точки 3 дано: Р_{3 абс} = 12 ат;

визначимо V₃, T₃, u₃, i₃;

Так як 2-3 - ізотермічний процес, то

Т₂ = Т₃ = 294,232 К = 21,232 ^oC

Р₃V₃ = RT₃

Звідки знайдемо об'єм V₃:

V₃ = = = 0,1 м³/кг

u₃ = u₂ = 26,306 кДж/кг

і₃ = і₂ = 34,778 кДж/кг

г) Для точки 4 дано:

V₄ = V₁ = 0,12 м³/кг

Визначимо P₄, T₄, u₄, i₄;

Із означень процесу 3-4:

З формули = знаходимо p₄:

p₄ = p₃ = 12= 9,43 ат

Для знаходження температури T₄ використовуємо рівняння стану: Р₄V₄ = RT₄. Звідки:

T₄ = = = 277,45 К = 4,45 ^oC

u₄ = C_v t₄ = 1,239 4,45 = 5,514 кДж/кг

i₄ = C_p t₄ = 1,638 4,45 = 7,289 кДж/кг

3.2 Побудова циклу

а) Для того, щоб було зручно будувати цикл в координатах lgp - lgх, по горизонтальній осі відкладенні значення lg10х;

б) Для адіабати і точки a, b, c, отримані наступним чином: в логарифмічних координатах адіабата 1-2 та 3-4 зображується прямими лініями (рис.3), тому для будь-якого проміжного тиску в цих процесах можна графічно отримати відповідний питомий об'єм.

адіабата 4-3:

p х

a₁ - 14 кг/см² - 0,105 м³/кг,

b₁- 12 кг/см² - 0,113 м³/кг,

c₁ - 10 кг/см² - 0,118 м³/кг,

адіабата 3-4:

a - 14 кг/см² - 0,092 м³/кг,

b - 12 кг/см² - 0,103 м³/кг,

c - 10 кг/см² - 0,112 м³/кг,

3.3. Для кожного процесу, який входить до складу циклу, знайдемо n, c, Дu, Дi, Дs, q, Al, l, ш, ж. Визначимо перераховані величини

а) для адіабатного процесу 1-2 при c_p = const та c_х = const:

n = k = = =1,322

с = , так як для адіабати dq = 0, то с = 0

Дu = u₂ - u₁ = 26,306-(- 46,615) = 72,921 кДж/кг,

Дi = і₂ - і₁ = 34,778-(-61,626) = 96,404 кДж/кг,

Дs = s₂ - s₁ = 0 кДж/кг, так як для адіабати s = const.

Адіабатний процес протікає без теплообміну з навколишнім середовищем, тому q = 0.

Роботу процесу визначимо з рівняння першого закону термодинаміки:

q = Дu + Al, так як q = 0, то

Al = - Дu = - 72,921 кДж/кг,

l = -72,921 кДж/кг.

Величини ш і ж не визначаємо, так як теплота процесу q = 0

б) для ізотермічного процесу 2 - 3 при n =1 і с = ,

Дu = u₃ - u₂ = 0

Дi = 0

Дs = = = =0,204 кДж/кг

Робота ізотермічного процесу:

l = RT = 294,232 = = 60,08 кДж/кг

q =l = 60,08 кДж/кг

в) для адіабатного процесу 3-4 при c_p = const та c_х = const:

n = k = = =1,322

с = , так як для адіабати dq = 0, то с = 0

Дu = u₄ - u₃ = 5,514-26,306= -20,792 кДж/кг,

Дi = і₄ - і₃ = 7,289-34,778= -27,489кДж/кг,

Дs = s₄ - s₃ = 0 кДж/кг, так як для адіабати s = const.

Адіабатний процес протікає без теплообміну з навколишнім середовищем, тому q = 0.

Роботу процесу визначимо з рівняння першого закону термодинаміки:

q = Дu + Al, так як q = 0, то

Al = - Дu = 20,792 кДж/кг,

l = 20,792 кДж/кг.

Величини ш і ж не визначаємо, так як теплота процесу q = 0

г) для ізохорного процесу 4-1 при показнику політропи n = ± ?, теплоємність

с_х = 1,239 кДж/кг:

Дu = u₁ - u₄ = -46,615- 5,514 = -52,129 кДж/кг;

Дi = і₁ - і₄ = -61,626- 7,289 = -68,915 кДж/кг;

Дs = s₁ - s₄ = C_v ln = 1,239 ln = -0,204 кДж/кг;

З рівняння першого закону термодинаміки для ізохорного процесу:

q = Дu = -52,129 кДж/кг

Al = 0, ш = Дu / q = 1, ж = Al / q = 0;

l=0.

3.4 Визначимо роботу циклу Al_ц і l_ц, та термічний к.к.д. з_t

Al_ц = УAl = -72,921 + 60,08 + 20,79 = 7,949 кДж/кг;

l_ц = Al_ц/А = 427 · 7,95 = 3343 кГ·м/кг (33,20 кдж/кг);

з_t = = 100% = 13,23%_

3.5 Отримані результати внесемо до табл. 2-1 та 2-2

Табл. 2-1

Параметри Точки	р, аm	V, м3/кг	Т, 0К	и, кДж/кг	і, кДж/кг
1	8,00	0,120	235,377	-46,615	-61,626
2	20,00	0,060	294,232	26,306	34,778
3	12,00	0,010	294,232	26,306	34,778
4	9,43	0,120	277,45	5,514	7,289

Табл. 2-2

Процес	п	с, кДж/кг·	Ди, кДж/кг	Ді, кДж/кг	Дs, кДж/кг	q, кДж/кг	Al, кДж/кг	l, кДж/кг	ш	ж
1-2	1,322	0,0	72,921	96,404	0,0	0,0	-72,921	-72,921	-	-
2-3	1		0,0	0,0	0,204	60,08	60,08	60,08	-	-
3-4	1,322	0,0	-20,792	-27,489	0,0	0,0	20,792	20,792	-	-
4-1	±	1,239	-52,129	-68,915	-0,204	-52,129	0	0	-	-
-	-	-	УДи=0	УДі=0	УДs=0	Уq=7,95	УАl=7,95	Уl=7,95	-	-

4. Розрахунок кожухотрубного теплообмінника

Завдання: розрахувати горизонтальний кожухотрубний елемент теплообмінник - переохолоджувач фреоновой холодильної машини.

Вихідні дані для розрахунків наступні:

Теплове навантаження: Q = q_ц 1,5 = 7,949 1,5 = 11,92 кВт

Температура газу на вході в апарат: Т₁ = 221 ^oC

Температура газу на виході із апарата: Т₂ = 162 ^oC

Температура охолоджувальної води

на вході в апарат: Т_w1 = 20 ^oC

на виході із апарата: Т_w2 = 60 ^oC

Термічний опір забруднений (водяного каменя) зі сторони охолоджувальної води: R_з = 2,86 10^-4 (м²К)/Вт

Термічний опір стінки стальної труби (сталь 10) товщиною 0,002 м:

R_ст = 4 10^-5 (м²К)/Вт

Робоче тіло - суміш газу - CH₄ + N₂.

Охолоджуюча вода рухається по трубному простору теплообмінника, а робоче тіло - противопотоком в між трубному просторі. При цьому в теплообміннику с кожухом D_н = 273 мм кількість ходів у між трубному просторі рівна 2, а у між трубному просторі встановлюються поперечні ходові перегородки, число яких визначається конструктивно при компоновці трубних пучків апаратів.

4.1 Витрати робочого тіла

G = , де i₁ = = 1,638 221 = 362 кДж/кг

i₂ = = 1,638 162 = 265,36 кДж/кг

G = = = 0,123 кг/с

4.2 Витрати охолоджуючої води

G_w = = = 0,07 кг/с

Де с_w = 4,1868 кДж/(кгК) - питома теплоємність води.

4.3 Число Прандтля для теплоносіїв. Фізичні властивості газу при середній температурі

T = 0,5 (T₁+T₂) = 0,5 (221 + 162) = 191,5

= 0,75 кг/м³ = 3, 87 Вт/(м )

C_p = 1,024 кДж/(кг ) = 33,85 10^-6 м²/с

Число Прандля:

Pr = = = 0,685

Фізичні властивості охолоджуючої води при середній температурі:

T_w = 0,5 (T_w1 + T_w2) = 0,5 (20 + 60) = 40

_w = 992,2 кг/м³ _w = 0,627 Вт/(м )

С_w = 4,174 кДж/(кг ) _w = 0,659 10^-6 м²/с

Число Прандля:

Pr_w = = = 4,35

Середня логарифмічна різниця температур. Середня арифметична різниця температур.

ДT_ар = 0,5 (T₁ + T₂) - 0,5( Т_w1 + Т_w2) = 0,5(494 + 435) - 0,5(293 + 333) =

= 449,5 - 313 = 136,5 К

Характеристична різниця температур, враховуючи прийняту схему взаємного руху теплоносіїв:

розрахунок кожухотрубний теплообмінник

ДT_хар =

У випадку змішаного струму теплоносіїв, коли робоче тіло має один хід, а охолоджуюча вода - два ходи (у межах кожного елементу), індекс, який враховує проток Р_п = 0,5, тоді:

ДT_хар = =

= = 71,3 K

Відмінності температур на кінцях теплообмінника:

більша: ДT_б = ДT_ар + 0,5 ДT_хар = 136,5 + 0,571,3 = 172,15

менша: ДT_м = ДT_ар - 0,5 ДT_хар = 136,5 - 0,571,3 = 100,9

Середня логарифмічна різниця температур:

= = = 133,4 К

Тепловий, конструктивний і гідравлічний розрахунок теплообмінника.

1) Обираємо конструктивні дані:

Розмір труби для кожуха (мм): D_нs - 2737

Розмір теплообмінних труб(мм): d_нs - 202

Кількість теплообмінних труб в одному кожусі: n = 20

2) Коефіцієнт теплоотдачі зі сторони робочого тіла

Площа поперечного перерізу елемента у між трубному просторі:

F_мтр = = = 0,05 м²

Площа між трубного простору по горизонтальному самому вужчому перерізі трубного пучка на ділянці між двома суміжними ходовими перегородками:

F'_мтр = (B - n₁d_н)t₁, де

В - довжина хорди по звуженому перерізі трубного пучка: В = 0,22 м;

n₁ - число труб в звуженому перерізі пучка: n₁ = 8;

t₁ - відстань між перегородками: t₁ = 0,38 м;

F'_мтр = (0,22 - 8 0,22) 0,38 = 0,023 м²

Швидкість робочого тіла:

w' = = = 6,991 м/с

Еквівалентний діаметр між трубного простору:

d_эк = = = = 0,148 м

Число Рейнольдса:

Re = = = 30566,2

Розраховуємо критерій Нуссельта:

Nu = 0,4 = 0,4 30566,2^0,6 0,685^0,36 = 171,44

Коефіцієнт тепловіддачі:

б = = = 331,83

3) Коефіцієнт тепловіддачі зі сторони охолоджуючої води

Площа одного ходу трубного простору по поперечному перерізі апарата:

F_тр = = = 0,002 м²

Де = 2, число ходів по трубному простору.

Швидкість води:

w_w = = = 0,04 м/с

Число Рейнольдса:

Re_w = = = 971,1

Число Нуссельта (враховуючи, що маємо ламінарний режим течії води, тобто Re ? 2300):

Nu_dж = 1,4 ,

де Pr - критерій Прандтля при середній температурі води t_ср, єС.

Nu_dж = 1,4(971,1)^0,4 (4,35)^0,33 ()^0,25 = 1,4 2,483 1,624 1,294= 7,31

Коефіцієнт тепловіддачі:

б_w = = = 286,5 Вт/(м² К).

4) Коефіцієнт теплопередачі

k = ,

(R_з + R_ст) = 3,02 10^-4 (м² К)/Вт

k = () ^{- 1} = 130,232 Вт/(м² К).

5) Середня логарифмічна різниця температур

= 133,4 К

6) Площа поверхні теплообмінника

F_p = = = 0,69 м²

7) Прийнята площа поверхні теплообмінника з урахуванням 10%-вого запаса

F_пр = 1,1F_p = 1,10,69 = 0,76 м²

8) Загальна довжина теплообмінної труби

L = = = 0,6 м

9) Кількість кожухотрубних елементів (приймаємо конструктивно): m=1

10) Довжина теплообмінної частини труби в одному елементі:

l = = = 0,6 м

11) Повну довжину кожухотрубного елемента приймаємо конструктивно:

L_ел = 0,8 м

12) Загальні габаритні розміри пристрою (ширинадовжинависота та об'єм):

B L H 0,32 1 0,32 м

V = 0,102 м³

13) Гідравлічний опір апарата по тракту робочого тіла (між трубний простір)

Діаметр штутцеров на вході робочого тіла в пристрій і на виході із нього приймаємо конструктивно:

d_н s 89 4 мм

Швидкість робочого тіла в штуцері:

щ = = = = 31,14 м/с

Місцевий опір на вході робочого тіла в апарат та елемент

Дp_м1 = ж₁ m, де ж₁ = 1,5

Дp_м1 = 1,5 1 = 556,365 Па

Місцевий опір на виході робочого тіла із апарата та елемента:

Дp_м2 = ж₂ m, де ж₂ = 1,5

Дp_м1 = 1,5 1 = 556,365 Па

Кількість ходів робочого тіла в між трубному просторі (приймаємо конструктивно):

N_мтр = mN,

N_мтр = 1 6 = 6

де N - кількість ходів в одному елементі

Кількість рядів труб у шаховому пучку у напрямку руху (приймаємо конструктивно):

n^'' = 4

Коефіцієнт опору при

x₁/d_н > x₂/d_н:

ж₃ = (5,4 + 3,4 n^'')Re ^{- 0,28} = (5,4 + 3,4 4) 30566,2 ^{- 0,28} = 13,68

Сума місцевих опорів при поперечному омивання трубних пучків:

= ж₃ N_мтр = 13,68 6 = 1534,43 Па

Швидкість робочого тіла при повздовжньому омивання трубного пучка:

щ = = = 3,216 м/с

Гідравлічний діаметр між трубного простору:

,

де D_вн - внутрішній діаметр корпусу теплообмінника, м; п - кількість трубок, шт.

d_r = = = 0,09 м

Коефіцієнт опору тертя:

о = = = 0,024

Опір тертя:

Дp_т = о = 0,024 = 10,9344 0,024 = 0,262 Па

Повний гідравлічний опір:

Дp = Дp_м1 + Дp_м2 + + Дp_т = 2 556,365 + 1534,43 + 0,262 = 2647,4 Па



Висновки

1. Виконано розрахунок для циклу зображеного на рис. 1. Побудовані графіки залежностей в координатах , p V, T s та знайдено коефіцієнт корисної дії цього циклу.

2. Виконано розрахунок кожухотрубного теплообмінника для когенераційної установки.

3. Застосування енергозберігаючих технологій у виробництві теплової та електричної енергії дозволяють значно скоротити витрати на утримання та експлуатацію як теплових , так і електричних мереж, значно знизити тарифи на споживану теплову та електричну енергію. Правильно вибрана когенераційна технологія зуміє заощадити своєму споживачеві значну частину витрат на закупівлю енергії , а в разі продажу електроенергії в мережу також з'являється можливість заробити додаткові кошти.



Список використаної літератури

1. Стабников В.Н., Баранцев В.И. Процессы и аппараты пищевых производств.- М.: Пищевая промышленность., 1974.- 360 с. с ил.

2. Сабірзянов Т.Г., Кропівний В.М. Теплотехніка ливарних процесів.- Кіровоград: КНТУ, 2005. - 402 с.

3. Михеев М.А., Михеева М.И. Основы теплопередачи.- М.: Энергия, 1973.-320 с. с ил.

4. Драганов Б.Х. Теплотехніка: Підручник.- К.: ІНКОС, 2005.- 504 с.

Размещено на Allbest.ru

...