Классификация теплообменных аппаратов (ТОА), требования к ним. Выбор схемы движения теплоносителей при расчете устройства, определение их теплофизических свойств. Коэффициент теплоотдачи в ТОА, уточнение температуры стенки и конструктивный расчет.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

29

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

"ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"

(ГОУВПО "ВГТУ")

Физико-технический факультет

Кафедра теоретической и промышленной теплоэнергетики

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: Тепломассообмен

на тему: Расчёт теплообменного аппарата

Разработала студентка группы НТ-061 Т.С. Тимошинова

Руководитель П.А. Солженикин

Воронеж 2009



Содержание

• Введение
• 1. Тепловой расчёт теплообменного аппарата
• 1.1 Выбор схемы движения теплоносителей
• 1.2 Определение теплофизических свойств теплоносителей
• 1.3 Уравнение теплового баланса
• 1.3.1 Вычисление тепловой мощности теплообменного аппарата
• 1.3.2 Расчет расхода греющего теплоносителя
• 2. Теплоотдача в теплообменном аппарате
• 2.1 Определение режимов течения теплоносителей
• 2.2 Определение коэффициента теплоотдачи теплоносителями
• 2.3 Определение коэффициента теплопередачи
• 3. Уточнение температуры стенки
• 4. Построение графика изменения температуры теплоносителей по поверхности теплообмена
• 5. Конструктивный расчет ТОА
• 5.1 Определение количества теплообменных трубок
• 5.2 Определение длины трубок
• 5.3 Определение числа ходов
• 5.4 Определение диаметра кожуха теплообменного аппарата
• 6. Гидравлический расчет
• 6.1 Определение потерь давления за счет гидравлического сопротивления
• 6.2 Определение потерь давления на местных сопротивлениях
• 6.3 Определение потерь давления для трубного пространства
• 6.4 Определение потерь давления в межтрубном пространстве
• 7. Расчёт мощности насоса для прокачки теплоносителей
• 7.1 Определение мощности насоса для прокачки греющего теплоносителя
• 7.2 Определение мощности насоса для прокачки нагреваемого теплоносителя
• Заключение
• Список литературы

Введение

Теплообменные аппараты - это устройства передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. Теплоноситель, который отдаёт теплоту называется горячим или греющим, а теплоноситель, который принимает теплоту называется холодным или нагреваемым.

Теплообменные аппараты различаются по способу передачи теплоты:

1) рекуперативные теплообменные аппараты - это теплообменные аппараты, в которых теплообмен осуществляется при одновременном движении теплоносителей омывающих одну и ту же поверхность теплообмена;

2) регенеративные теплообменные аппараты - это теплообменные аппараты, в которых поверхность теплообмена омывается поочерёдно, сначала горячим, затем холодным теплоносителями;

3) смесительные теплообменные аппараты - это теплообменные аппараты, в которых теплота передаётся от горячего к холодному теплоносителю при их непосредственном контакте;

4) специальные теплообменные аппараты (например, с промежуточным теплоносителем).

Теплообменные аппараты должны соответствовать основным требованиям:

1) простота конструкции, компактность и малая масса;

2) высокая тепловая производительность;

3) обеспечение заданных технологических условий процесса и высокого качества продукта;

4) соответствие требованиям охраны труда, ГОСТам;

5) экономичность работы.

В ходе выполнения курсовой работы предстоит рассчитать следующие величины:

· тепловая мощность теплообменного аппарата ;

· массовый расход нагреваемого теплоносителя ;

· число Рейнольдса (для определения режима течения);

· коэффициент теплоотдачи ;

· коэффициент теплопередачи ;

· количество трубок теплообменного аппарата ;

· длина трубок ;

· число ходов в теплообменом аппарате ;

· диаметр кожуха теплообменного аппарата ;

· коэффициент гидравлического сопротивления при изотермическом течении греющего теплоносителя ;

· потери давления для трубного пространства;

· потери давления в межтрубном пространстве;

· мощность насоса для прокачки греющего и нагреваемого теплоносителей, соответственно и .

Так же предстоит определить режим течения теплоносителей, построить график изменения температур теплоносителей по поверхности теплообмена.

На протяжении всей курсовой работы индекс 1 соответствует греющему теплоносителю, а индекс 2 соответствует нагреваемому теплоносителю.

1. Тепловой расчёт теплообменного аппарата

1.1 Выбор схемы движения теплоносителей

Выбираем противоточную схему течения теплоносителей. Так как греющие и нагреваемые теплоносители одинаковы, то для уменьшения тепловых потерь в окружающую среду направим греющий теплоноситель в трубное пространство, а нагреваемый - в межтрубное пространство.

1.2 Определение теплофизических свойств теплоносителей

В качестве средней температуры теплоносителей и примем среднее арифметическое значение температур на входе в теплообменный аппарат и на выходе из него

, ⁰С

, ⁰С

где

и - температура греющего теплоносителя соответственно на входе и на выходе теплообменного аппарата;

и - температура нагреваемого теплоносителя соответственно на входе и на выходе теплообменного аппарата.

Из таблицы П-7 [1] по средним температурам теплоносителей определяем их теплофизические свойства: коэффициент кинематической вязкости , удельную изобарную теплоемкость , коэффициент теплопроводности .

теплообменный аппарат теплоноситель температура

Значения физических свойств воды для 62,5 ⁰С приведены в таблице П-7:

, м²/с;

, кДж/ (кг•К);

, Вт/ (м•К);

Значения физических свойств воды для 40 ⁰С приведены в таблице П-7:

, м²/с;

, кДж/ (кг•К);

, Вт/ (м•К).

1.3 Уравнение теплового баланса

1.3.1 Вычисление тепловой мощности теплообменного аппарата

Для рекуперативных теплообменных аппаратов, работающих без изменения агрегатных состояний теплоносителей, уравнение теплового баланса имеет вид:

, Вт

где

массовые расходы теплоносителей, кг/с

коэффициент тепловых потерь в окружающую среду .

Определяем тепловую мощность теплообменного аппарата:

, Вт.

1.3.2 Расчет расхода греющего теплоносителя

Определяем расход греющего теплоносителя:

, кг/с.

2. Теплоотдача в теплообменном аппарате

2.1 Определение режимов течения теплоносителей

Из таблицы 1 [1] задаемся средними скоростями движения теплоносителей. Как правило, скорость в межтрубном пространстве меньше, чем в трубном:

, м/с;

, м/с;

где и - соответственно скорость греющего и нагреваемого теплоносителей.

Параметром определяющим режим течения жидкости в трубах является число Рейнольдса.

Определяем число Рейнольдса для греющего теплоносителя:

, м

где - внутренний диаметр трубок;

- наружный диаметр трубок.

Определяем число Рейнольдса для нагреваемого теплоносителя:

Если , то режим течения теплоносителей турбулентный. Таким образом, в нашем случае режим течения обоих теплоносителей является турбулентным.

2.2 Определение коэффициента теплоотдачи теплоносителями

Вычислим коэффициенты теплоотдачи обоих теплоносителей, задавшись в первом приближении температурой стенки трубки , равной среднему арифметическому между температурами теплоносителей.

, ⁰С

Из таблицы П-7 [1] определяем по средним температурам теплоносителей критерий Прандтля, а также определяется критерий Прандтля по средней температуре стенки.

;

;

где , - крите...