ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.07.2024
Просмотров: 91
Скачиваний: 0
СОДЕРЖАНИЕ
Расчет теплообменного аппарата
Расчет теплообменного аппарата базируется на двух основных зависимостях:
При расчете теплообменных аппаратов обычно могут возникнуть две основные задачи:
Коэффициент динамической вязкости - 1, Пас Коэффициент кинематической вязкости - 1, м2/с
Коэффициент динамической вязкости - 2, Пас Коэффициент кинематической вязкости - 2, м2/с
Приложение 1 Варианты заданий для расчета теплообменного аппарата
Приложение 2 Физические свойства воды при давлении 101325 Па
Приложение 3 Физические свойства трансформаторного масла в зависимости от температуры
Приложение 4 Физические свойства масла мс-20 в зависимости от температуры
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ковровская государственная технологическая академия имени В.А. Дегтярева
Кафедра «Гидропневмоавтоматика и гидропривод»
Расчет теплообменного аппарата
Методические указания к расчетно-практической работе по дисциплинам «Термодинамика и тепломассообмен», «Теплотехника», «Основы теории теплообмена» для студентов специальностей 150802, 280101, 220401, 190201
Составитель Н.А. Овчинников
Ковров 2007
Содержание
С.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.................................................................3
ЗАДАНИЕ................................................................................................ 6
ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА................................................................................................. 6
Приложение 1........................................................................................... 12
Приложение 2........................................................................................... 14
Приложение 3........................................................................................... 15
Приложение 4........................................................................................... 16
ЛИТЕРАТУРА......................................................................................... 18
Основные положения
Теплообменным аппаратом называется устройство, в котором осуществляется процесс передачи теплоты от одного теплоносителя к другому.
По принципу действия теплообменные аппараты подразделяются на рекуперативные, регенеративные и смесительные.
К рекуперативным теплообменникам относятся аппараты, в которых теплота от горячего теплоносителя к холодному передается через разделяющую их стенку. При этом оба теплоносителя одновременно контактируют с поверхностью нагрева
К регенеративным теплообменникам относятся аппараты, в которых одна и та же теплообменная поверхность поочередно, то нагревается горячим теплоносителем, то охлаждается холодным, т.е. теплота при нагреве аккумулируется поверхностью нагрева, а затем при охлаждении отдается холодному теплоносителю. Примером таких теплообменников могут служить регенераторы промышленных печей, воздухоподогреватели доменных печей и т.д.
В смесительных аппаратах процесс теплопередачи происходит за счет непосредственного контакта и смешения горячего и холодного теплоносителей. При этом теплопередача происходит одновременно с массопередачей. Примером таких тепло- массообменных устройств служат скрубберы и градирни.
Движение теплоносителей в теплообменных аппаратах в зависимости от направления по отношению друг к другу может быть разным. Различают следующие основные схемы движения теплоносителей:
противоточная (навстречу друг другу);
прямоточная (в одинаковом направлении);
с перекрестным (поперечным) током.
Основные схемы движения теплоносителей представлены на рис. 1
Рис.1 Схемы движения теплоносителей в теплообменных аппаратах
Расчет теплообменного аппарата базируется на двух основных зависимостях:
уравнение теплового баланса;
уравнение теплопередачи.
Уравнение теплового баланса
где - тепловой поток от горячего теплоносителя к холодному;
- расходы теплоносителей;
-температура горячего теплоносителя соответственно на входе и выходе из теплообменника;
температура холодного теплоносителя соответственно на входе и выходе из теплообменника;
средняя удельная массовая изобарная теплоёмкость соответственно горячего и холодного теплоносителя.
Уравнение теплопередачи
Где Q - тепловой поток от горячего теплоносителя к холодному;
K - коэффициент теплопередачи;
F- поверхность теплообмена;
t – температурный напор между теплоносителями.
Температура теплоносителей изменяется в процессе теплообмена по длине теплообменника (см. рис. 2), поэтому, чтобы учесть это, в качестве t в уравнении теплопередачи используется среднелогарифмический температурный напор
Где tБ и tМ – соответственно наибольшая и наименьшая разности граничных температур теплоносителей.
Эта формула справедлива как для противотока, так и для прямотока.
Рис. 2. Характер изменения температуры теплоносителей по длине теплообменника
При расчете теплообменных аппаратов обычно могут возникнуть две основные задачи:
При заданных параметрах потоков на входе и выходе из аппарата и типе теплообменной поверхности требуется определить необходимую поверхность теплообмена и выполнить конструктивную разработку аппарата. Эта задача характерна для конструкторского расчета.
Для реально существующего аппарата при заданных параметрах потоков на входе определить количество передаваемой теплоты и параметры потоков на выходе из аппарата. Эта задача характерна для поверочного расчета.
2. Задание
Определить поверхность теплообмена и необходимое количество секций теплообменного аппарата типа «труба в трубе». Горячий теплоноситель (вода, масло) движется по внутренней стальной трубе с соотношением диаметров d2/d1. Температура горячего теплоносителя на входе в теплообменник t1, а его расход равен m1. Холодный теплоноситель (вода, масло) движется по кольцевому каналу между трубами и нагревается от температуры t2 до t2. Внутренний диаметр внешней трубы D. Расход холодного теплоносителя m2. Расчет выполнить для прямоточной и противоточной схем движения теплоносителей и сравнить их эффективность. Потерями теплоты от теплообменника в окружающую среду пренебречь. Варианты заданий приведены в Приложении 1.
Примечание:
Индексы 1 и 2 относятся соответственно к горячему и холодному теплоносителям. Индексы и характеризуют параметры теплоносителей соответственно на входе и выходе.
Основные расчетные зависимости и последовательность расчета
Определяется количество передаваемой теплоты
Определяется температура горячего теплоносителя у выхода из аппарата
В первом приближении значение удельной массовой изобарной теплоёмкости горячего теплоносителя CP1 принимается при температуре t1, а затем t1 уточняется, принимая CP1 при температуре
Для определения t1 достаточно ограничиться двумя приближениями.
По таблицам (см. Приложения 2, 3, 4) определяются теплофизические свойства горячего и холодного теплоносителей при соответствующих средних температурах
Горячий теплоноситель
, ºС
Плотность - 1, кг/м3
Удельная массовая изобарная теплоёмкость - CP1, кДж/кгград
Коэффициент теплопроводности - 1, Вт/мград
Коэффициент динамической вязкости - 1, Пас Коэффициент кинематической вязкости - 1, м2/с
Коэффициент температуропроводности - a1, м2/с
Температурный коэффициент объёмного расширения - 1, К-1
Критерий Прандтля - Pr1.
Холодный теплоноситель
, ºС
Плотность - 2, кг/м3
Удельная массовая изобарная теплоёмкость - CP2, кДж/кгград
Коэффициент теплопроводности - 2, Вт/мград
Коэффициент динамической вязкости - 2, Пас Коэффициент кинематической вязкости - 2, м2/с
Коэффициент температуропроводности - a2, м2/с
Температурный коэффициент объёмного расширения -2, К-1
Критерий Прандтля - Pr2.
Определяются скорости движения теплоносителей:
при движении теплоносителя внутри трубы
, м/с
при движении теплоносителя в межтрубном пространстве
, м/с
Определяются значения гидродинамических и тепловых критериев подобия для горячего и холодного теплоносителей.
Критерий Рейнольдса – характеризует соотношение между силами инерции и молекулярного трения (вязкости). Определяет гидродинамический режим вынужденного движения теплоносителей.
Критерий Грасгофа – характеризует соотношение между подъёмной силой, возникающей в среде вследствие разности плотностей отдельных элементов среды и силой молекулярного трения (вязкости).
Критерий Прандтля – характеризует подобие физических свойств теплоносителей.
Критерий Пекле – характеризует соотношение между переносом теплоты конвекцией и теплопроводностью в потоке.
В этих формулах: l0 – определяющий размер;