Тема: Тепловой и гидравлический расчет теплообменных аппаратов

Кафедра теплотехники  

Курсовая работа по дисциплине «Теоретические основы теплотехники»

Тепловой и гидравлический расчет теплообменных аппаратов

Санкт-Петербург

2011 г.

1. Исходные данные G1,кг/сек p??,Па t?,?C t?,?C t?",?C ? ?,час ?p?,%  24 210000 150 12 30 0,9 4000 4,3   № п/п d D ?p Sp S1 S2 dв  12          0,0196 0,0372 0,0003 0,0028 0,0505 0,035 0,0186  

2. Интерполяция для воздуха t, C ? Cp ?*10? a*10? ?*10? ?*10? Pr  140 0,854 1013 3,49 40,3 23,7 27,8 0,684  160 0,815 1017 3,64 43,9 24,5 30,09 0,682  150 0,8345 1015 3,565 42,1 24,1 28,945 0,683           20 1,205 1005 2,59 21,4 18,1 15,06 0,703  40 1,128 1005 2,76 24,3 19,1 16,96 0,699  26 1,1819 1005 2,6410 22,27 18,40 15,63 0,7018           80 1 1009 3,05 30,2 21,1 21,09 0,692  100 0,946 1009 3,21 33,6 21,9 23,13 0,688  88 0,9784 1009 3,114 31,56 21,42 21,906 0,6904  

Интерполяция для воды t, C ? Cp ?*10? a*10? ?*10? ?*10? Pr  Интерполяция для воды  10 999,7 4191 57,4 13,7 1306 1,306 9,52  20 998,2 4183 59,9 14,3 1004 1,006 7,02  12 999,4 4189,4 57,9 13,82 1245,6 1,246 9,02           20 998,2 4183 59,9 14,3 1004 1,006 7,02  30 995,7 4174 61,8 14,9 801,5 0,805 5,42  30 995,7 4174 61,8 14,9 801,5 0,805 5,42           20 998,2 4183 59,9 14,3 1004 1,006 7,02  30 995,7 4174 61,8 14,9 801,5 0,805 5,42  21 997,95 4182,1 60,09 14,36 983,75 0,9859 6,86  

3. Расчет температур и расходов

1) температура воздуха на выходе из воздухоохладителя

t1"=
26 0C

2) количество теплоты передаваемое через поверхность теплообмена

Q=G1Cp1
24•1009•(150-26)= 3002784 Вт

где Сp1 ( при температуре 88 0С)

3) расход воды

G2=
кг/с

где Ср2( при температуре 21 0С)

4) среднелогарифмическй температурный напор

?tлог=

4. Расчет коэффициента теплопередачи k

k=
-1;

принимаем m>3-число ходов => ??t=1 и
2=6000 Вт/(м2•0С)

1) R3( по рис. 15)=0,00028 м2•0С/Вт ;[1]

2) коэффициент оребрения

?=
=

где
-площадь полной поверхности оребренной трубы;

- площадь гладкой поверхности трубы, несущей оребрение;

3) определяющий размер пучка

l0=
=0,028635 м

где Fc-площадь гладкой поверхности оребренной трубы

Далее идет повторяющаяся часть расчетов

Пример расчета с с1=5 м/с:

1) Re1 =
;

=361 K;
;

;

?1=
кг/м3;

Re1
=25263,39;

где R=287 Дж/(кг•К)- газовая постоянная;

?1=21,3•10-6 Па•с-динамический коэффициент вязкости;

Pr1=0,6904 ( при t=880C)

2) Nu1=
,

где n=

Cz=1 ( при при числе рядов z
4) –поправочный коэффициент на число рядов z в пучке;

Сs=
- коэффициент формы пучка;

;
=1,7857
-

-поперечный, продольный и диагональный относительные шаги труб в пучке;

Nu1=0,36•25263,390,706•0,69040,33•1,0075•7,059-0,5=131,365

3)
=149,968 Вт/(м2К)- коэффициент теплоотдачи межреберных промежутков трубы ,

где ?1-коэффициент теплопроводности при t=880С

4)
– коэффициент эффективности оребрения,

где
= 0,9613– поправочный коэффициент

;

E=0,82( согласно рис.12а)-коэффициент эффективности ребра [1]

=1( при
- поправочный коэффициент

=[1-(1-0,9613•0,82)0,000511/0,00056=0,8068;

5)k
-1=
=780,86 Вт/(м2К);

6)F1=
м2- площадь полной поверхности теплообменника.

5. Компоновка трубного пучка

1)
м2-площадь сжатого сечения;

2)
- коэффициент загромождения фронтального сечения;

=0,8583-коэффицент загромождения диагонального сечения

где
мм

3) f=
м2- полная площадь фронтального сечения пучка;

м – ширина пучка труб;

4) n=
– количество труб в одном ряду

Принимаем значение [n] = 29;

Тогда [a]=[n]S1=29•0,035=1,015 => [l]=f/[a]=2,106/1,015=2,075 м – высота пучка

5) z=
– число рядов трубок;

Принимаем значение [z]=31

6) b=[z]•S2=31• 0,035=1,085 м – глубина трубного пучка;

Для воды:

7)
2=60,09•10-2 Вт/(м•К);
2=21,9 •10-6 м2/с; Pr2=6,86

8)
м/с –скорость потока при одноходовом течении,

где ?2= 997,95 кг/м3( при температуре воды 210С)

9) Nu2=
185,72

10) c2=
-теоретическая скорость потока;

11) m=
=9,12

Принимаем [m]=10 ([z]/[m]=2), тогда [c2]=[m]•[c2]=1,64 м/с

12) Re2=
=30970,26

13)[Nu2]=0,021
=0,021
6,860,43=188,19

14)[?2]=
=6079,72 Вт/(м2К);

15)[k]=
Вт/(м2К);

16)
< 2%

Значит, принимаем значение k=782,27 Вт/(м2К).

6. Сопротивление при течении воды в трубах

1) шероховатость в трубах ?=2•10-5 м

2)

3)?тр=0,014 ( по рис.16)[1]

4)
- суммарный коэффициент сопротивления для одного хода по воде,
где
=0,5-коэффициент местного сопротивления при входе в трубу с острой кромкой;

=1,1-коэффициент местного сопротивления при выходе из трубы;

5)
-общая величина коэффициента сопротивления по воде;

6)
Па- потери давления, отнесенные к скорости воды в трубках;

7)N2=
- мощность насоса, необходимая для прокачки воды через воздухоохладитель;

7. Сопротивление при течении воздуха сквозь трубные пучки

1)
- условный коэффициент сопротивления;

3)

где с1ср=с1(T1ср/T1)=10(361/423)=8,534 м/с

2)
=1,526 коэффициент сопротивления одного ряда пучка

где
0,028635/0,005037)-0,3=17,358- коэффициент формы пучка

0,007965 м- гидравлический диаметр

4)
- коэффициент сопротивления пучков;

5)
-полный коэффициент сопротивления;

6)
Па – потери давления на прокачку воздуха;

7)N1=
Вт-затраты мощности на прокачку;

8)

Рабочая точка
будет находиться в промежутке между скоростями 11 м/с и 15 м/с. Для нахождения её используем график зависимости
. Таким образом, нужная нам скорость равна
м/с.

Приложение 1. C1, м/с   5 10 14,8 15 20 25   t?" ,?C   25,8 25,8 25,8 25,8 25,8 25,8   Q, Вт   3010608 3010608 3010608 3010608 3010608 3010608   G2   39,99713 39,99713 39,99713 39,99713 39,99713 39,99713   ?tболь   120 120 120 120 120 120   ?t мень   13,8 13,8 13,8 13,8 13,8 13,8   ?t логар   49,10249 49,10249 49,10249 49,10249 49,10249 49,10249   Rзагр   0,00028 0,00028 0,00028 0,00028 0,00028 0,00028   Fрс   0,00056 0,00056 0,00056 0,00056 0,00056 0,00056   F1   5,49E-05 5,49E-05 5,49E-05 5,49E-05 5,49E-05 5,49E-05   ?   10,20408 10,20408 10,20408 10,20408 10,20408 10,20408   Fc   0,000049 0,000049 0,000049 0,000049 0,000049 0,000049   Fp   0,000511 0,000511 0,000511 0,000511 0,000511 0,000511   l0   0,027277 0,027277 0,027277 0,027277 0,027277 0,027277   t1 ср   87,9 87,9 87,9 87,9 87,9 87,9   p"   200970 200970 200970 200970 200970 200970   p1 ср   205485 205485 205485 205485 205485 205485   ?1 ср   1,983861 1,983861 1,983861 1,983861 1,983861 1,983861   Re1   12631,7 25263,39 37389,82 37895,09 50526,78 63158,48   Pr   0,6904 0,6904 0,6904 0,6904 0,6904 0,6904   n   0,705936 0,705936 0,705936 0,705936 0,705936 0,705936   ??   2,576531 2,576531 2,576531 2,576531 2,576531 2,576531   ??   1,785714 1,785714 1,785714 1,785714 1,785714 1,785714   ??   2,201909 2,201909 2,201909 2,201909 2,201909 2,201909   Cs   1,027503 1,027503 1,027503 1,027503 1,027503 1,027503   Cz   1 1 1 1 1 1   Nu1   80,53264 131,3651 173,2502 174,8997 214,2831 250,8419   ?1   91,9371 149,9681 197,7847 199,6678 244,6283 286,3644   E   0,89 0,82 0,78 0,78 0,72 0,71   ?   1 1 1 1 1 1   h   0,00895 0,00895 0,00895 0,00895 0,00895 0,00895   ?ребра   180 180 181 180 180 180   mh   0,52226 0,667023 0,763896 0,769653 0,851912 0,921723   ?   0,969709 0,961313 0,955694 0,95536 0,950589 0,94654   ?   0,875025 0,806802 0,767715 0,767478 0,712037 0,70074   k   592,1117 780,8627 895,9872 900,7398 967,7703 1042,696   F   103,5493 78,51922 68,43037 68,06931 63,35464 58,80214   f1   2,419524 1,209762 0,817407 0,806508 0,604881 0,483905   hр   0,0088 0,0088 0,0088 0,0088 0,0088 0,0088   S2   0,043157 0,043157 0,043157 0,043157 0,043157 0,043157   ?ф   0,57454 0,57454 0,57454 0,57454 0,57454 0,57454   ?д   0,858285 0,858285 0,858285 0,858285 0,858285 0,858285   f   4,211234 2,105617 1,422714 1,403745 1,052809 0,842247   l=a~   2,052129 1,451074 1,192776 1,184797 1,026065 0,91774   a~   2,052 1,451 1,193 1,185 1,026 0,918   n   40,63622 28,73267 23,62376 23,46535 20,31683 18,17822   {n}   41 29 24 24 20 18   {a}   2,071 1,465 1,212 1,212 1,010 0,909   {l}   2,034 1,438 1,174 1,158205 1,042 0,927   z   20,176 30,599 39,467 39,78954 49,378 57,287   {z}   20 31 40 40 49 57   b   0,7 1,085 1,4 1,4 1,715 1,995             Для воды   Nu2   185,7214 185,7214 185,7214 185,7214 185,7214 185,7214   c2   1,497258 1,497258 1,497258 1,497258 1,497258 1,497258   c2   0,179974 0,164159 0,153728 0,153728 0,150591 0,143839   m   8,319282 9,120774 9,739648 9,739648 9,942557 10,40925   {m}   10 10 10 10 11 11   {c2}   1,7997 1,6416 1,5373 1,5373 1,6565 1,5822   Re2   33953,98 30970,26 29002,36 29002,36 31251,52 29850,38   {Nu2}   202,5589 188,1891 178,5605 178,5605 189,5552 182,7253   ?2   6543,96 6079,72 5768,66 5768,66 6123,85 5903,20   {k}   597,2746 782,2695 890,3683 895,0614 971,1085 1039,574   (k-{k})*100/k -0,87195 -0,18016 0,627113 0,630419 -0,34494 0,299373                     ?   0,00015 0,00015 0,00015 0,00015 0,00015 0,00015   d/?   124 124 124 124 124 124   ?тр   0,014 0,014 0,014 0,014 0,014 0,014   ?2x   3,130909 2,682194 2,483548 2,471767 2,384591 2,297414   ?2   31,30909 26,82194 24,83548 24,71767 26,2305 25,27155   ?p2   35022,1 30002,82 27780,78 27649 29341,23 28268,57   N2   1403,661 1202,492 1113,434 1108,152 1175,976 1132,984             Для воздуха   ?t   -0,68828 -0,68828 -0,68828 -0,68828 -0,68828 -0,68828   c1ср   4,265957 8,531915 12,62723 12,79787 17,06383 21,32979   Re1потерь   10777,26 21554,51 31900,68 32331,77 43109,02 53886,28   d гидр   0,007965 0,007965 0,007965 0,007965 0,007965 0,007965   Cs   18,4937 18,4937 18,4937 18,4937 18,4937 18,4937   ?0x   1,815084 1,526298 1,383802 1,379166 1,283458 1,21382   ?0   36,30168 47,31523 55,35206 55,16663 62,88945 69,18773   ?1   35,6134 46,62695 54,66378 54,47835 62,20117 68,49945   ?p1   642,8769 3366,754 8645,647 8850,765 17965,24 30913,02   N1   7777,28 40729,71 104591,7 107073,2 217336,6 373974   ?p   0,306132 1,603216 4,116975 4,21465 8,554875 14,72049            

Приложение 2.

Интернет-ресурсы:

http://эссе.рф - сборник не проиндексированных рефератов. Поиск по рубрикам и теме. Большинство текстов бесплатные. Магазин готовых работ.