Расчет теплообменных аппаратов

Разработка системы отопления в производственных цехах. Проектирование вертикального пароводяного подогревателя. Определение конструктивных размеров и теплоотдачи. Гидравлический расчет кожухотрубчатого теплообменника. Определение диаметров патрубков.

Рубрика Физика и энергетика
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 01.04.2016
Размер файла 530,7 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/

Министерство образования и науки

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра энергоснабжения и теплотехники

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: Тепломассообмен

тема: «Расчет теплообменных аппаратов»

Выполнил: студент 2 курса

факультета заочного обучения

Русс Ю.Н.

Специальность: ЭОП -14с.

Проверил доцент кафедры ЭиТ

Карапузова Н.Ю.

Волгоград 2015

ЗАДАНИЕ

Запроектировать вертикальный пароводяной подогреватель, предназначенный для подогрева воды систем отопления в цехах производственных помещений, при следующих условиях:

Дано

Gв=215 м3/ч;

Pп =0.55.МПа

t'в=17°С;

t''в=81°С;

Pв =0.141.МПа

tп =200°С

РЕШЕНИЕ

Определение тепловой нагрузки аппаратов

°С

Где - температуру воды на входе в подогреватель; - температура воды на выхода из подогревателя.

°С

Где - температура перегретого пара, °С; - температура насыщенного пара °С.

Физические величины

при t=49°C

при t=182°C

Плотность, кг/м3

св=983,1

сп=5.157

Теплоемкость, кдж/кг·°С

св=4,174

сп=2.709

Теплопроводность, Вт/(м·°С)

лв=0,648

лп=0,03268

Кинематическая вязкость, м2

хв=0,556

хп=2.93

Критерий Прандтля для среды

Prв=3,54

Prп=1,25

Количество теплоты, кВт, передаваемой паром воде

Q=Gвpвcв(= 0,0597*983,1*4,174*(=15678,5

Количество теплоты, кВт, передаваемой паром воде в 1-й зоне

Q1=DnCn(= 7,42*2,709*(=723,7

Массовый расход пара, кг/с

Количество теплоты, кВт, передаваемой паром во 2-й зоне

Q2=Dnr=7,42*2015,2=14952,8

Суммарное значение переданной теплоты паром воде

Q=Q1+Q2=723,7+14952,8=15676,5кВт

Расчет коэффициента теплопередачи и конструктивных размеров аппарата

Определяем режим течения воды в трубах

Re= =

Критерий Нуссельта для турбулентного режима течения определяется по следующей формуле:

Nuж= 0,023·Re0.8·Pr0,4·е1=0,023·97122,30.8·3,540,4·1=372,5

Из критериального уравнения Нуссельта определяем коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности стенки трубки к воде

Рассчитываем количество трубок в трубной решетке

;

Диаметр трубной решетки будет

8*48=384 мм

Внутренний диаметр корпуса аппарата составит

384+38+20=442

К=10 мм;

При ромбическом расположении труб число шестиугольников для размещения труб определяется

Число труб по диагонали наибольшего шестиугольника составит

l=2m+1=2*4+1=9

Общее число труб в шестиугольниках будет

ni=1+3m+3m2

при радиальном шаге t радиусы окружностей будут

ri= it; ri<dгр/2

соответственно длины окружностей будут равны

ci=2р·i·t

число труб на каждой окружности определится по формуле

ni=2рi

Поверхность теплообмена в 1-й зоне. Определяем площадь пространства для прохода пара

Скорость пара в межтрубном пространстве

Для вычисления коэффициента теплоотдачи от пара к трубке находят критерий Рейнольдса для пара

Где dэ - эквивалентный диаметр, м, рассчитывают

Где U=3,14*(0,5+61*0,038)=8,85

Критерий Рейнольдса соответствует установившемуся турбулентному движению пара, поэтому критерий Нуссельта будет определен по формуле

Nuж= 0,023·Re0.8·Pr0,4=0,023·0.8·1,250,4=312,3

Где Pr- число Прандтля для пара.

Из критериального уравнения Нуссельта находят коэффициент теплоотдачи от пара к стенки трубки

Где лn - коэффициент теплопроводности пара, Вт/(м·°С)

Коэффициент теплопередачи в 1-й зоне, Вт/(м2·°С)

Температурный напор в 1-й зоне будет найден, °С

Где - температура воды на границе между зонами, °С.

Поверхность теплообмена 1-й зоны составит

Удельный тепловой поток от пара к стенке, Вт/м2

=365,8

Данные для построения кривой

10

20

30

40

50

60

70

80

5,6

9,5

12,8

15,9

18,8

21,6

24,2

26,7

52,3

88,7

119,6

148,5

175,6

201,7

226

249,4

Определяем плотность теплового потока через стенку, кВт/м2

Данные для построения кривой

10

20

30

40

50

60

70

80

390

780

1170

1560

1950

2340

2730

3120

Удельный тепловой поток через накипь, кВт/м2

Данные для построения кривой

10

20

30

40

50

60

70

80

30,3

60,6

90,9

121,2

151,5

181,8

212,1

242,4

Удельный тепловой поток от стенки к воде, кВт/м2

q4=0,001·бж·

Данные для построения кривой

10

20

30

40

50

60

70

80

67,05

134,1

201,2

268,2

335,3

402,3

469,4

536,4

график температурного напора:

Средний температурный напор во 2-й зоне, °С

Отсюда средний удельный тепловой поток, кВт/м2

Полная разность температур между теплоносителями

39,1+4,5+48,3+18,2=110,1

Коэффициент теплопередачи во 2-й зоне будет найден

Поверхность теплообмена во 2-й зоне, м2

Суммарная поверхность теплообмена, м2

34,6+100,1=134,7

Общая длина трубок, м

где dср -- средний диаметр трубок, dср = 0,037 м. Число ходов подогревателя пароводяной подогреватель кожухотрубчатый теплообмен

Z = L /hтр = 19/9=2,1

Принимаем четырехходовой подогреватель.

Общее число трубок подогревателя составит

nтр = nZ = 61*4=244

Для определения диаметра корпуса необходимо пересчитать размеры трубной решетки. Поскольку аппарат четырехходовой, необходимо предусмотреть место для перегородок и анкерных связей и в каждом ходе разместить по 61 трубке.

Принимаем ромбическое расположение труб в трубной решетке. По табл. 5 (прил. 2) находим действительное значение количества труб в решетке n = 301 и относительный диаметр трубной решетки dтр/t = 18. Шаг между трубками диаметром dнар = 38 мм равен t = 48 мм (прил. 2, табл. 6), тогда диаметр трубной решетки будет

dтр = (dтр/t) t = 18*48=864

Кольцевой зазор k между крайними трубками и корпусом принимаем равным 10 мм.

Внутренний диаметр корпуса аппарата составит

Dа.вн = dтр + dнар + 2k = 864+38+20=922 мм

Внутренний диаметр многоходового теплообменника определяют с учетом размещения перегородок в распределительной камере и руководствуются рекомендациями. Принимаем Dа.вн = 1000 мм.

Определяют площадь межтрубного пространства без учета перегородок для прохода пара, м2

Коэффициент, учитывающий сужение живого сечения межтрубного пространства

Расстояние между сегментными перегородками, м

Эквивалентная длина пути теплоносителя, м

Lэкв = lс + Dа.вн - 1,74 + 1 -

Площадь живого сечения межтрубного пространства с учетом перегородок

Скорость пара в межтрубном пространстве

Для вычисления коэффициента теплоотдачи от пара к трубке находят критерий Рейнольдса для пара

где dэ -- эквивалентный диаметр, м

где U = р(Dа.вн + ndнар) =39,1 м -- смоченный периметр.

Критерий Рейнольдса соответствует установившемуся турбулентному движению пара, поэтому критерий Нуссельта будет определен по формуле

Nuж = 0,023·Re0,8 ·Рr0,4 =0,023·51112,60,8 ·1,210,4 =145,1

где Рr -- число Прандтля для пара.

Из критериального уравнения Нуссельта находят коэффициент теплоотдачи от пара к стенке трубки

где лп -- коэффициент теплопроводности пара, Вт / (м2·°С).

Коэффициент теплопередачи в 1-й зоне, Вт/(м2·°С)

где Rнак = 0,00033 м2·°С/Вт -- термическое сопротивление накипи.

Считаем, что температурный напор в 1-й зоне не изменится Дt1 = 113,1 °С, тогда поверхность теплообмена 1-й зоны составит

Так как температурный напор Дt2 = 113,5 °С во 2-й зоне не изменяется, то коэффициент теплопередачи останется прежним k2 =Вт / (м2·°С), а следовательно, поверхность теплообмена также не изменится F2 = 100,1 м2. Суммарная поверхность теплообмена

F = F1 + F2 = 34,05+100,1=134,15

Длина трубок, м, в одном ходу

Гидравлический расчет кожухотрубчатого теплообменника

Расчет мощности, необходимой для перемещения воды через подогреватель

Этот расчет определяет количество энергии, затраченной на движение теплоносителей через аппарат. Гидравлическое сопротивление пароводяных теплообменников по межтрубному пространству, как правило, не определяется, так как его значение вследствие небольших скоростей и малой плотности пара мало.

Полный напор ДР, необходимый для движения жидкости или газа через теплообменник, определяется по следующей формуле, Па:

ДP = УДPтр + УДPм + УДPу + УДPг,

где УДPтр -- сумма гидравлических потерь на трение, Па; УДPм -- сумма потерь напора в местных сопротивлениях, Па; УДPу -- сумма потерь напора, обусловленных ускорением потока, Па; УДPг -- перепад давления для преодоления гидростатического столба жидкости, Па.

Гидравлические потери на трение в каналах при продольном омывании пучка труб теплообменного аппарата определяются по формуле, Па

где лтр -- коэффициент сопротивления трения; L -- суммарная длина трубок, м; dэ -- эквивалентный диаметр, равный внутреннему диаметру трубок, м; щ -- средняя скорость воды на данном участке, м/с; с -- плотность воды, кг/м3.

Коэффициент сопротивления трения для чистых трубок можно рассчитать по формуле

Вычисляем

ДРтр =

Гидравлические потери давления, Па, в местных сопротивлениях определяются по формуле

ДРм = о

где о -- коэффициент местного сопротивления, его находят как сумму сопротивлений каждого элемента подогревателя (о = 1,5).

Так как для капельных жидкостей потери давления ДPу ничтожно малы, то они в расчет не принимаются (ДPу = 0).

Перепад давления для преодоления гидростатического столба жидкости равен нулю (ДPг = 0), так как данный подогреватель не сообщается с окружающей средой.

Полный напор, необходимый для движения воды через аппарат ДP = ДPтр + ДPм =1911,1+2388,9=4300

Мощность, необходимая для перемещения воды через подогреватель

где Gв -- объемный расход воды, м3/с; з = 0,85 -- коэффициент полезного действия насоса.

Расчет диаметров патрубков

Для определения размеров патрубков для воды (входной и выходной патрубки) вычисляют площадь сечения патрубка

Тогда диаметр патрубка

Для определения диаметра входного патрубка пара задаются скоростью пара на входе в патрубок щп = 35 м/с и рассчитывают площадь сечения патрубка

где Dп -- массовый расход пара, кг/с; сп -- плотность пара при средней температуре пара, кг/м3.

Тогда диаметр входного патрубка для ввода пара

=0,23

Скорость конденсата в выходном патрубке принимают равной щк = 3 м/с.

Площадь сечения патрубка

Тогда диаметр патрубка для выхода конденсата

Находят размеры патрубка для откачки воздуха.

Площадь сечения патрубка

где ;своз = 0,798 кг/м3 -- плотность воздуха при средней температуре пара

Тогда диаметр патрубка для откачки воздуха

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. В.М. Фокин, Н.М. Веселова; Тепломассообмен: Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет. Волгоград: ВолгГАСУ, 2007. 108с.

2. Н.Ю. Карапузова, В.М. Фокин; Расчет теплообменных аппаратов: Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет. Волгоград: ВолгГАСУ, 2013. 64с.

3. Кудинов, А.А. Тепломассообмен: учебное пособие для вузов / А.А. Кудинов - М.: ИНФРА-М, 2012. - 374 с.

4. Цветков, Ф.Ф. Тепломассообмен: учеб. пособие для студ. вузов / Ф.Ф. Цветков, Б.А. Григорьев. - М.: Изд-во МЭИ, 2006. - 549 с.

5. Исаченко, В.П. Теплопередача / В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел. - М.: Энергия, 1981. - 416 с.

6. Орлов, М.Е. Тепломассообмен: учебно-методический комплекс /М.Е. Орлов. Ульян. гос. техн. ун-т. - Ульяновск: УлГТУ, 2005. - 138 с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Тепловой и конструктивный расчет отопительного пароводяного подогревателя горизонтального типа и секционного водоводяного теплообменника. Подбор критериальных уравнений для процессов теплообмена. Определение коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи.

    курсовая работа [1,7 M], добавлен 15.12.2010

  • Подбор коэффициентов теплоотдачи и расчет площади теплообменника. Определение параметров для трубного и межтрубного пространства. Конденсация паров и факторы, влияющие на охлаждение конденсата. Гидравлический расчет кожухотрубчатого теплообменника.

    курсовая работа [142,2 K], добавлен 25.04.2016

  • Определение диаметров подающих трубопроводов и потерь напора - задача гидравлического расчета. Устройство систем отопления, их инерционность и принципы проектирования. Способы подключения отопительных приборов. Однотрубная система водяного отопления.

    реферат [154,9 K], добавлен 22.12.2012

  • Определение тепловых нагрузок помещений на систему отопления. Подбор приборов к системе отопления основной части здания и для четвертой секции, балансировка системы отопления. Гидравлический расчет системы отопления двухтрубной поквартирной системы.

    курсовая работа [101,6 K], добавлен 23.07.2011

  • Теплотехнический расчет наружных стен, пола, расположенного на грунте, световых проёмов, дверей. Определение тепловой мощности системы отопления. Расчет отопительных приборов. Гидравлический расчет системы водяного отопления. Расчет и подбор калорифера.

    курсовая работа [422,1 K], добавлен 14.11.2017

  • Определение толщины и состава слоев стен. Определение массивности здания и расчетной температуры. Проверка на отсутствие конденсации. Выбор конструкции заполнения световых проемов. Гидравлический расчет системы отопления. Расчет системы вентиляции.

    курсовая работа [921,0 K], добавлен 08.03.2015

  • Проведение исследования схемы движения воды в поверхностях нагрева. Уменьшение гидравлического сопротивления подогревателя через охлаждение греющего пара. Определение теплоотдачи от пара к стенке и от стенки к воде. Тепловой расчет охладителя дренажа.

    контрольная работа [262,4 K], добавлен 20.11.2021

  • Тепловой расчет площади теплопередающей поверхности вертикального парогенератора. Расчет режимных и конструктивных характеристик ступеней сепарации пара. Определение толщины стенки коллектора на периферийном участке. Гидравлический расчет первого контура.

    курсовая работа [456,5 K], добавлен 13.11.2012

  • Теплофизические 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 19.10.2015

  • Требования к промышленным теплообменным аппаратам. Двухходовой кожухотрубный рекуперативный аппарат. График изменения температуры теплоносителей в пароводяном подогревателе. Гидравлический и механический расчет подогревателя. Эскиз эллиптического днища.

    курсовая работа [653,7 K], добавлен 30.03.2011

  • Определение тепловых потерь через наружные стены, оконные проемы, крышу, на нагрев инфильтрующегося воздуха. Расчет бытовых теплопоступлений. Вычисление и обоснование количества секций калорифера. Гидравлический расчет системы отопления жилого здания.

    курсовая работа [832,7 K], добавлен 20.03.2017

  • Конструкторский расчет вертикального подогревателя низкого давления с пучком U–образных латунных труб диаметром d=160,75 мм. Определение поверхности теплообмена и геометрических параметров пучка. Гидравлическое сопротивление внутритрубного тракта.

    контрольная работа [230,6 K], добавлен 18.08.2013

  • Конструкция и принцип работы подогревателя сетевой воды. Теплопередача при конденсации и движении жидкости по трубам. Оценка прочности крышки теплообменника. Тепловой, гидравлический и прочностной расчет параметров рекуперативного теплообменного аппарата.

    курсовая работа [186,8 K], добавлен 02.10.2015

  • Схема теплообменника. Расчет геометрии пучка трубок; передаваемой теплоты по падению температуры газа; эффективности ребра; коэффициентов теплоотдачи и оребрения трубок. Оценка гидросопротивлений. Проверка эффективности теплообменника перекрестного тока.

    контрольная работа [1,2 M], добавлен 25.12.2014

  • Гидравлический расчет и конструирование системы отопления жилого здания. Характеристика отопительных приборов. Определение количества типоразмеров конвекторов. Прокладка магистральных труб. Установка отопительных стояков. Расчет отопительных приборов.

    курсовая работа [35,2 K], добавлен 11.06.2013

  • Гидравлический расчет отопительной системы здания. Устройство двухтрубной гравитационной системы водяного отопления с верхней разводкой, ее схема с указанием длин участков трубопроводов и размещения отопительных приборов. Расчет основных параметров.

    контрольная работа [93,8 K], добавлен 20.06.2012

  • Классификация теплообменных аппаратов. Конструктивный тепловой расчет. Предварительный выбор теплообменного аппарата по каталогу, действительные температуры теплоносителей. Шестиходовой кожухотрубчатый теплообменник с неподвижными трубными решетками.

    курсовая работа [873,5 K], добавлен 11.03.2013

  • Тепловой, конструктивный и гидравлический расчет кожухотрубного теплообменника. Определение площади теплопередающей поверхности. Подбор конструкционных материалов и способ размещения трубных решеток. Выбор насоса с необходимым напором при перекачке воды.

    курсовая работа [1,0 M], добавлен 15.01.2011

  • Расчет тепловой нагрузки и теплового баланса аппарата. Определение температурного напора. Приближенная оценка коэффициентов теплоотдачи, теплопередачи и поверхности нагрева. Выбор кожухотрубчатого и пластинчатого теплообменника из стандартного ряда.

    курсовая работа [668,6 K], добавлен 28.04.2015

  • Разделение теплопереноса на теплопроводность, конвекцию и излучение. Суммарный коэффициент теплоотдачи. Определение лучистого теплового потока. Теплопередача через плоскую стенку. Типы теплообменных аппаратов. Уравнение теплового баланса и теплопередачи.

    реферат [951,0 K], добавлен 27.01.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.