 |
Конструктивный тепловой расчет рекуперативного теплообменного аппарата
|
|
|
|
Провести конструктивный тепловой расчет рекуперативного теплообменника, в котором воздухом при температуре tв охлаждается вода проходящая по трубкам от tI2 до tII2. Объемный расход воды V2.
Материал трубок – латунь (λ = 106 Вт/(м К) диаметром (dвн/ dн).
Коэффициент использования поверхности теплообмена ηF – принять равным 0,8. Коэффициент оребрения – К.
Таблица 5 Исходные данные
| Номер варианта по цифре зач. кн | tв, 0С | tI2, 0С | tII2, 0С | dвн/ dн, мм | V2, л/с | К |
| 16/18 | ||||||
| 15/17 | 2,5 | |||||
| 12/14 | 3,5 | |||||
| 16/18 | 4,5 | |||||
| 19/21 | 5,5 | |||||
| 16/18 | 6,5 | |||||
| 15/17 | 7,5 | |||||
| 12/14 | 8,5 | |||||
| 16/18 | 9,5 | |||||
| 19/21 | 8,2 | |||||
| 16/18 | 7,2 | |||||
| 15/17 | 6,2 | |||||
| 12/14 | 5,2 | |||||
| 10/12 | 4,2 | |||||
| 11/13 | 3,2 | |||||
| 15/17 | 2,2 | |||||
| 12/14 | 1,2 | |||||
| 10/12 | 3,3 | |||||
| 11/13 | 4,3 |
Значения dвн/ dн, V2 , - принять по последней цифре зачетной книжки;
К - по предпоследней цифре зачетной книжки; tв, tI2, tII2 – по сумме двух последних цифр.
По результатам расчета производится компоновка теплообменника на листе миллиметровой бумаги и обязательно согласовывается с преподавателем. Сконструированный теплообменный аппарат выносится на «лист» курсовой работы с необходимыми разрезами.
В конце пояснительной записки приводится список используемой литературы.
Пример расчета
Конструктивный тепловой расчет рекуперативного теплообменного
Аппарата.
Теплообменный аппарат (теплообменник) — это устройство, предназначенное для нагревания, охлаждения или для изменения агрегатного состояния теплоносителя. Чаще всего в теплообменных аппаратах осуществляется передача теплоты от одного теплоносителя к другому, т. е. нагревание одного теплоносителя происходит за счет охлаждения другого.
|
|
|
Теплообменники с двумя теплоносителями в зависимости от способа передачи теплоты от одного теплоносителя к другому можно разделить на несколько типов: смесительные, рекуперативные, регенеративные и с промежуточным теплоносителем.
В рекуперативных теплообменниках теплота от одного теплоносителя к другому передается через разделяющую их стенку. Для уменьшения термического сопротивления стенка выполняется из материала с хорошей теплопроводностью: меди, стали, латуни, сплавов алюминия и т. д.
Провести конструктивный тепловой расчет рекуперативного теплообменника, в котором воздухом при температуре tв = 22°C
охлаждается вода проходящая по трубкам от t¢2 = 97 °C до t 2¢¢ = 67°C.
Объемный расход воды V2 = 5 ,5 л/с.
Материал трубок - латунь (l = 106 Вт/(м К)
диаметром: dВH = 19 мм dH = 21 мм
Коэффициент использования поверхности теплообмена
hF - принять равным 0,8.
Коэффициент оребрения - К = 5.
Скорость течения воды в трубах теплообменников обычно принимается равной v2 = 1 М/С
Определим среднюю температуру воды.
Δt2 = 
= 
= 82°C
Теплофизические свойства воды будем брать из справочника при средней температуре воды Dt2 =82°С, а воздуха при температуре tB =22°С.
Теплофизические свойства воды:
Pr = 2,16; λ = 0,676 Вт/м∙К; ν= 3,60 Е−07,м2/с
cp (97)= 4,210; cp (67)=4,189; ρ = 970,5
Теплофизические свойства воздуха
Pr = 0,703; λ = 0,02594 Вт/м∙К; ν = 1,60 Е−05,м2/с
Рассчитаем тепловой поток, который выделится при охлаждении воды:
Q = V2×ρ ∙(с'р∙ t'2− с"р∙ t'¢2)
где V2×ρ- массовый расход теплоносителя;
с'р - теплоемкость ри t'2;
|
|
|
с"р - теплоемкость при t ¢¢ 2;
t'2 и t'¢2 - температура воды начальная и конечная
соответственно;
Q = 5,5 ∙10-3∙970,5∙(4,21∙97 − 4,189∙ 67) = 692,4
Q = 692,4 кВт;
Т.к 
= 1,7 меньше 2 средний перепад температур, считается по разности средних температур воды и воздуха:
Δt = Δt2 − Δt1 = 82 − 22 = 60°C
Рассчитаем суммарное сечение труб для прохода воды.
SТР = 
= 0,0055 м2 ;
Рассчитаем площадь внутреннего сечения одной трубы.
S’ТР = 
= 0,0003 м2;
Рассчитаем число параллельно включенных трубок.
n = 
= 18,3
Число параллельных трубок округляем в большую сторну
n = 19
Рассчитаем уточнённое значение скорости течения воды в трубках.
= 1,000 м2/с:
Для расчёта коэффициентов теплоотдачи, температуру стенки примем равной средней между температурами теплоносителей.
tc1 = tc2 = 
= 52 °C;
Определим число Рейнольдса для воды, движущейся по трубам.
Re = 
= 53912> 104 − Режим движения — турбулентный.
Рассчитаем коэффициент теплоотдачи
Для его вычисления воспользуемся определением числа Нуссельта:
Nu 2 = 
; откуда 
;
Для определения числа Нуссельта используем следующую формулу:
Nu2 = 0,021∙Re0,8∙Pr0,43ж∙ (
)0,25 = 
= 157,7
α2 = 
= 56,10 Вт/м2∙К
Скорость движения воздуха, обтекающего трубы с водой принимаем равной 20 м/с, за определяющий размер принимаем X = 0,6 м.
Найдём число Рейнольдса для пары воздуха- теплообменник.
Re = 
= 75000> 104 − Режим движения — турбулентный
Так как воздух омывает не одну, а пучок труб, необходимо выбрать тип расположения труб в теплообменнике: шахматный или коридорный. От расположения труб в значительной степени зависят характер движения жидкости, омывание труб каждого ряда и в целом теплообмен в пучке. При коридорном расположении трубы любого ряда затеняются соответственными трубами предыдущего ряда, что ухудшает омывание в лобовой части, и большая часть трубы находится в слабой вихревой зоне. При шахматном расположении труб этого не происходит, поэтому наиболее целесообразно здесь использовать шахматное расположение труб.
Рассчитаем число Нуссельта для шахматного расположения
Nuв = с∙Ren∙ 
∙ ()0,25 ∙ξφ∙ξs = 1222,7.
где c = 0,41; n = 0,6; ξφ = 1; ξs = 1.
Определим коэффициент теплоотдачи.
= 1510,3 Вт/м2∙К
Определяем коэффициент теплопередачи теплообменника.
|
|
|
= 23634 Вт/м2∙К
Определяем площадь теплообменника.
F = 
= 0,5 м2 ;
Определяем реальную площадь теплообменника по коэффициенту использования поверхности.
F´= 
= 0,610 м2;
Определяем длину трубки.
l = 
= 0,51 м;
Компоновка.
Расстояние между трубками в ряду должно находиться в пределах 2 -4 dH. Расстояние между рядами рекомендуется выдерживать порядка 2 - 3 dH. Длина и высота теплообменного аппарата не должна превышать 0,6 м.
Компонуем теплообменник.
1. Производим перерасчет площади теплообменного аппарата без учета коэффициента оребрения, с целью определения его реальной площади.
Fp = F´∙k = 0,61 ∙5 = 3,05 м2 ;
2. Определяем площадь, приходящуюся на оребрение.
Fop = Fp − F´ = 3,05 − 0,610= 2,44 м2;
3. Согласно компоновке определяем площадь одной пластины.
FПЛ = a ∙ b= 0,01 ∙ 0,44 = 0,044 м2
4. Находим число пластин.
n = 
= 100
n = 100;
Толщина пластины принимается равной 0,5 мм
Устанавливаем два ряда по 7 трубок и один ряд 5 трубок.
Расстояние между трубками в рядах 50 мм, расстояние между рядами 50 мм,
Ширина фланца (расстояние от центра крайних трубок до края пластинны)
30 мм, внутренние диаметры входного и выходного фланцев по 37 мм.
Размер пластины 360 * 160 мм.
Рекомендуемая литература
1.Теплотехника./под ред. А.Архарова.-М.: МЭИ, 2005.
2. Вырубов Д.Н., Иващенко Н.А., Ивин В.И. «Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей» М.: «Машиностроение», 1972 г.
3. Нащокин В.В.«Техническая термодинамика и теплопередача» Москва, 1980 г.
4. Ривкин С.Л., Александров А.А. «Термодинамические свойства воды и водяного пара» М.: «Энергия», 1975 г.
5..«Теплотехника» под редакцией А.П. Баскакова. Москва, 1991 г.
Приложения
Приложение А
Пример титульного листа
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«Брянская государственная инженерно-технологическая академия»
Кафедра энергетики и автоматизации производственных процессов
|
|
|
|
|
|
