Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

ФГБОУ ВО НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНЖЕНЕРНЫЙ ИНСТИТУТ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине: «Теплотехника»



Содержание

1. Гидродинамический расчёт

2. Тепловой расчёт

3. Конструкторский расчёт

4. Изоляционный расчёт

5. Расчёт теплопотерь

Список литературы



1. Гидродинамический расчёт

Целью расчёта является определение режима движения и числа трубок в одном ходу теплообменника

Показатель Единица	Единица измерения	Условное обозначение	Значение
Массовая производительность	т/ч	G	7
Температуры среды
начальная	°C	t1	4
конечная	°C	t2	87
Давление греющего пара	МПа	pn	0,146
Внутренний диаметр трубок	мм	d	25
Длина трубок одного хода	м	l	2
Предварительное число ходов	шт.	zn	4
Вид нагреваемого продукта	Молоко
Материал теплоизоляции	Совелит

1.1 Определяем режим движения жидкости в нагревательных трубках при выбранной оптимальной технологической скорости из диапазона (0,6…1 м/с).

где - средняя скорость движения продукта, м/с;

- внутренний диаметр нагревательных трубок, м;

- коэффициент кинематический вязкости среды при средней температуре, м2/ с.

В таблице физических свойств продукта (см. Приложение) при методом интерполяции определяем значение

Объёмный расход продукта, м³/с:

гдес - плотность продукта при средней температуре, кг/м3.

Значение с определяем интерполяцией по табличным данным в интервале температур.

1.2 Рассчитываем число трубок в одном ходу теплообменника (n_x) из уравнения постоянства расхода

откуда определяем искомую величину

Округляем число трубок в одном ходу =6



2. Тепловой расчёт

Целью расчёта является определение тепловых нагрузок в теплообменнике, расхода греющего пара и площади поверхности теплопередачи.

теплообменник жидкость движение

2.1. Необходимый расход тепла (Q, Вт) определяем по уравнению тепловой нагрузки

гдеG - массовая производительность, кг/с;

с - средняя удельная теплоёмкость продукта, Дж /кг·К.

С другой стороны, эта же тепловая нагрузка, определяемая по

основному уравнению теплопередачи, будет передана греющим паром

продукту через боковые поверхности всех трубок

где К - коэффициент теплопередачи, Вт/м2·К;

F - площадь поверхности теплопередачи, м2;

?tср - средняя логарифмическая разность температур, °С.

2.3 Определяем среднюю логарифмическую разность температур ?tср.

где - большая разность температур пара и продукта,

- меньшая разность температур пара и продукта.

= t_n - t₁= 112,7 - 4 = 108,7; = t_n - t₂ = 112,7 - 87 = 25,7

t_n - температура греющего пара, которую определяем по таблице свойств

водяного насыщенного пара по величине заданного давления.

2.4 Коэффициент теплопередачи К, Вт/(м²·К):

где - коэффициент теплоотдачи от пара к стенке, Вт/(м2·К);

- толщина стенки трубки, м;

- коэффициент теплопроводности стенки, ( = 16…18), Вт/(м·К);

- коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности стенки к

жидкому продукту, Вт/(м2·К);

2.5 Определяем температуру конденсата:

где- средняя температура стенки, °С

2.6. Рассчитываем , Вт/(м2·К)

где - теплопроводность конденсата, Вт/(м·К);

- плотность конденсата, кг/м3;

- динамическая вязкость конденсата, Па·с;

r - теплота парообразования, кДж/кг;

- наружный диаметр трубки, м.

- поправочный коэффициент

здесь - теплопроводность конденсата, при температуре стенки, Вт/(м·К);

- динамическая вязкость конденсата, при температуре стенки, Па·с;

2.6 Рассчитываем из критериального уравнения Нуссельта:

где Pr - критерий Прандтля в потоке жидкого продукта;

Рr_ст - критерий Прандтля в пристеночном слое, который характеризуется

более высокой температурой.

Аналогично определяем сст, мст, лст

Зная величину Nu. определяем

2.7 Рассчитываем площадь теплопередачи F из основного уравнения теплопередачи:

2.8 Фактическая площадь теплопередачи с учётом коэффициента использования поверхности нагрева ц = 0,8 составит:

2.9 Определяем массовый расход греющего пара Gn

2.10 Удельный расход греющего пара d_n



3. Конструкторский расчёт

Цель расчёта - определение точного общего числа нагревательных трубок и габаритных размеров теплообменника.

3.1 Определяем фактическое число ходов z_ф

3.2 Общее предварительное число трубок n_o:

Нагревательные трубки в аппарате располагают по сторонам правильных вписанных шестиугольников.

3.3 Число вписанных правильных шестиугольников, по сторонам которых располагают нагревательные трубки (а) определяем решением квадратного уравнения вида:

3.4 В приложении находим ближайшее стандартное (n_ос) общее число трубок при а = n_oc = 37.

3.5 Количество трубок, попавших под перегородки при диагональном размещении последних n_пер = а = 7



3.6 Фактическое общее количество трубок (n_оф)

3.7 Рассчитываем внутренний диаметр корпуса теплообменника

где= 1,40…1,65 - коэффициент, учитывающий шаг размещения трубок.

3.8 Определяем толщину стенки корпуса дк:

где [у] = 80 МПа - среднее допустимое напряжение при деформации

растяжения стенок корпуса.

= 0,75 - коэффициент ослабления корпуса за счёт сварного шва.

3.9 Наружный диаметр Dн корпуса аппарата, который включает в себя два барабана

3.10 Общая длина каждого барабана пастеризатора с учётом длин

торцовых крышек (L):

3.11 Проверяем конструктивное соотношение по устойчивости для

корпуса (барабана)

2,06/0,71143 = 2,89

3.12 Рассчитываем диаметры патрубков в теплообменнике по формулам из уравнения расхода: - для подачи и отвода продукта

- для подачи греющего пара

где - скорость движения пара, принимается 30 м/с

-для отвода конденсата

где - скорость движения конденсата (принимается равной от 1…2 м/с).



4. Изоляционный расчёт

Цель расчёта - определение оптимальной толщины слоя изоляционного материала.

в - коэффициент температурного расширения воздуха, 1/°С

?t - средний температурный напор между поверхностью и воздухом

- кинематический коэффициент вязкости воздуха при tв , м2 / с

По таблице физических свойств воздуха в Приложении при t_в находим значение Рr. Вычисляем произведение (Gr·Рr). Если (Gr·Рr) >1·10⁹,то имеет место турбулентный режим движения воздуха. Если (Gr·Рr) < 1·10⁹,то имеет место ламинарный режим движения воздуха. В этом случае используют критериальное уравнение Нуссельта вида:

при этом зная величину Nu определяем а_к

откуда коэффициент теплоотдачи конвекцией ():

4.3 Рассчитываем коэффициент теплоотдачи лучеиспускание (бл) от наружной поверхности пастеризатора

Действительная константа лучеиспускания (С) при е = 0,86

Температурный коэффициент (в):

Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием б_л

4.4 Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи

4.5 Средняя разность температур греющего пара и воздуха в цехе.

4.6 Удельные потери теплоты в окружающую сред

4.7 Коэффициент теплоотдачи от пара к воздуху



4.8 Рассчитываем толщину слоя изоляции



5. Расчёт теплопотерь

5.1 Определяем изолированную суммарную боковую поверхность двухбарабанного пастеризатора

5.2 Определяем изолированную суммарную торцевую поверхность двухбарабанного пастеризатора

5.3 Определяем потери теплоты с изолированной поверхности Пастеризатора

5.4 Коэффициент теплоотдачи от неизолированной поверхности

5.5 Определяем потери теплоты с неизолированной поверхности пастеризатора

5.6 Суммарные потери теплоты со всей поверхности теплообменника

5.7 Относительные потери теплоты составляют

=0,00055



Список литературы

1. Теплотехника: задания и методические указания по выполнению контрольной работы / Новосиб. гос. аграр. ун-т. Инженер. ин-т.; сост. Е.А. Пшенов - Новосибирск, 2015. - 20 с.

2. Круглов, Г.А.Теплотехника : учеб. пособие для студ. вузов по напр. "Агроинженерия". - СПб. : Лань, 2010. - 208 с. [ЭБС Лань].

3. Лисицин П.А. Современное технологическое оборудование для тепловой обработки молока и молочных продуктов. - СПб.: ГИОРД, 2009.

4. Петухов, Н.А. Краткий курс теплотехники / Новосиб.гос. аграр. ун-т; Инж.ин-т. - Новосибирск, 2007. - 231 с.

Размещено на Allbest.ru

...