Водоводяной подогреватель

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный педагогический университет»

Автомобильный институт

Кафедра автомобильного транспорта

Курсовая работа

по дисциплине «Теплотехника»

Выполнил студент гр. АС-09-1

Железов С.А.

Проверил к.т.н., доцент

Кальницкий Ф.Е.

Нижний Новгород 2011

1. Произвести тепловой расчёт секционного водоводяного подогревателя

Производительность подогревателя Q = 1,15*106ккал/час. Температура нагреваемой воды на входе в подогреватель t21=660C, а на выходе -t211=950С. Влияние загрязнения поверхности нагрева подогревателя и снижения коэффициента теплопередачи при низких температурах воды учесть коэффициентом в=0,65. подогреватель вода межтрубный

Поверхность нагрева - стальные трубы (принять коэффициент теплопроводности стали равным л ? 39ккал/м*час*К,) диаметром dвн./dн=14/16мм.

Температура греющей воды на входе t11= 1470C; на выходе - t111 = 800C.

Скорость воды Wt в трубках принять по возможности близкой к Wт = 0,9м/c.

Для упрощения расчетов принять плотность воды св=1000кг/м3..

На основе расчетов выбрать аппарат, выпускаемый серийно.

Расчет секционного водоводяного подогревателя.

Конструкция теплообменника приведена на рис.3 (Приложение)

Принимаем: нагреваемая вода движется в межтрубном пространстве, а греющая вода движется внутри трубок; теплообменник противоточный.

1.1 Массовый и объёмный расходы воды в трубках

Gт=Q/cр(t11-t111)=1,15*1,1636*106/(4,187*(147-80)*103) =

= 4,77 кг/c=17172кг/час (массовый расход греющей воды в трубках);

Vт = G/с = 17,2м3/час (объёмный расход греющей воды в трубках)

В этих уравнениях:

cр - теплоёмкость воды;

с - плотность воды.

1.2 Массовый и объёмный расходы воды в межтрубном пространстве (уравнения для расчёта аналогичны уравнениям П.1.1).

Gмт=1,15*1,1636*106/(4,187*103*(95-66)) = 11кг/c = 39674кг/час (массовый расход нагреваемой воды);

Vмт= Gмг./с= 39,7м3/час (объёмный расход нагреваемой воды);

1.3 Площадь проходного сечения трубок (по заданной скорости равной Wт = 1м/с).

ft = Vт/(3600*Wт);

ft=17,2/(3600*1)=0,00477м2.

2. Выбираем водоводяной подогреватель МВН-2050-62 по данным таблиц №5 и №6 (Приложение) и по площади проходного сечения трубок - fт=0,00477м2.

По данным таблицы №6, при скорости движения воды 1м/c в трубках теплообменников МВН-2050-29 и МВН-2050-30 массовый расход греющей воды в трубках равен 27000/1,5=18000кг/час.

При такой же скорости движения воды в этих теплообменниках в межтрубном пространстве массовый расход нагреваемой воды равен 66000/1,5=44000кг/час.

Эти значения расходов воды и в трубках, и в межтрубном пространстве близки к расчетным расходам теплоносителей проектируемого теплообменника. Поэтому, для дальнейших расчетов принимаем геометрические параметры этих теплообменников. Примечание: теплообменники МВН-2050-29 и МВН-2050-30 отличаются только лишь своей длиной; характерные размеры, которые необходимы для тепловых расчетов у них одинаковые.

Согласно таблице 5, эти теплообменники имеют:

- наружный диаметр корпуса равен dвн = 168мм;

- количество трубок равно n = 37;

- площадь проходного сечения трубок равна fт = 0,00507м2;

- площадь проходного сечения между трубками (по сечению нормальному к оси трубок - вода движется параллельно трубкам в межтрубном пространстве) равна fмт = 0,0122м2;

- эквивалентный диаметр в межтрубном пространстве равен dмт = 0,0212м.

Определяем внутренний диаметр трубок

fт = n*рdвн2/4;

dвн = v4fт/(nр)= v0,00507*4/(37р) = 0,0132м = 13,2мм

Примем толщину трубок равной 1,4мм и тогда наружный диаметр трубок равен dн=16 мм.

Определяем внутренний диаметр корпуса теплообменника

fмт= рDвн2/4- n* рdн2/4

Dвн=v(fмт+nрd2н/4)*4/р =

= v(0,0122+37*р*0,0162/4)*4/р =0,1581м ? 158мм

3. Скорость воды:

В трубках

Wт=Vт/(3600*f.т) = 17,2/(3600*0,00507) = 0,942м/c;

В межтрубном пространстве

Wмт=Vмт/(3600*fм.т) = 39,7/(3600*0,0122) = 0,9м/c.

Скорость движения и греющей и нагреваемой воды не превышает заданных в условии значений.

4. Средние температуры воды:

В трубках

t1=0,5((t11 + t111)=0,5(147+80)=113,50C;

В межтрубном пространстве

t2=(t21 +t211)=0,5(66+95)=80,50С.

5. Определение режимов течения воды в трубках и в межтрубном пространстве

5.1 Течение в трубках

Кинематический коэффициент вязкости воды по средней температуре воды в трубках нт = 0,265*10-6м2/c (Таблица №1, Приложение)

Число Рейнольдса для воды в трубках

Reт= Wтdвн/нт= 0,942*13,2*10-3/(0,265*10-6)=46900

5.2 Течение между трубками

Кинематический коэффициент вязкости воды по средней температуре между трубками

нмт = 0,365* 10-6м2/c (Таблица №1, Приложение)

Гидравлический (эквивалентный) диаметр межтрубного пространства

dм.т .= 4fм.т//Р=4*0,0122/(р(dн*n+Dвн)) =

= 4*0,0122/(р(0.016*37+0,158)) = 0,0207м = 20,7мм

В этой зависимости P - периметр внутреннего корпуса и всех трубок теплообменника.

Число Рейнольдса для воды в межтрубном пространстве

Reмт=Wмт*dмт/нмт = 0,9*0,0207/(0,365*10-6)= 51500

Таким образом, течение и внутри трубок и в межтрубном пространстве турбулентное, т.к.

Reт>Reкр=2300 и Reмт>Reкр=2300

6. Определение коэффициентов теплоотдачи при течении воды в трубках и в межтрубном пространстве

По таблице №3 (Приложение) при турбулентном течении воды в трубках А5т=2978 (t1=113,5C)

По рекомендациям [1] коэффициент теплоотдачи при турбулентном течении воды в трубках

альфат = А5т*Wт0,8/dвн0,2 = 2978*0,9420,8/0,01320,2 =

= 6770ккал/м2час*К = 7878Вт/м2К

По таблице №3 (Приложение) при турбулентном течении воды в межтрубном пространстве А5т = 2622 (t2 = 80,50C) и в соответствии с [1]

альфамт = А5мтWмт0,8/dмт0,2 = 2622*0,90,8/0,02070,2 =

= 5250ккал/м2*час*К = 6109Вт/м2К

7. Расчетный коэффициент теплопередачи определяем с учетом термического сопротивления загрязнений (в = 0,65 по заданию) и термического сопротивления стенок стальных трубок теплообменника, принимая коэффициент теплопроводности стали л=39ккал/м*час*К и толщину стенок трубок д =(16-13,2)/2=1,4мм.

к=в/[(1/альфат+б/л+1/альфамт)]=0,65/[1/6770+0,0014/39+1/5250]=1494ккал/м2*час*К = 1738Вт/м2К.

В этой зависимости коэффициент в=0,65 учитывает уменьшение эффективности теплопередачи из-за загрязнения поверхности теплообмена.

8. Среднелогарифмический температурный напор между греющей и нагреваемой водой

Теплообменник противоточный и для него

?t = (?t1-?t11)/?n(?t1/?t11) = ((147-95)-(80-66))/?п[(147-95)/(80-66)] = 38/?п([52/14)] = 290C

9. Необходимая поверхность водоводяного подогревателя

Необходимую поверхность определим из уравнения теплопередачи

F = Q/(к?t) = 1,15*106/(1494*29) = 26,5м2

10. Необходимая длина трубок по ходу движения греющей воды

L=F/(рdcрn) = 26,5/(р*0,5(0,016+0,0132)*37) = 15,6м

Здесь:

dср- средний диаметр трубок;

n=37 - количество трубок.

При длине трубок одной секции ?=4086мм (таблица №6, теплообменник МВН-2050-30) необходимо использовать

Z = L/? = 15,6/4,086 = 3,8 - количество секций.

Принимаем z=4-количество секций теплообменника МВН-2050-30.

Тогда длина трубок по ходу движения воды равна

Lт=4*4086=16344мм,

а длина хода воды в межтрубном пространстве (по конструктивным соображениям расстояние между осями патрубков подвода и отвода воды выбираем равным 3500мм) равна

Lм.т.=4*3500=14000мм

Список литературы

1. П.Д. Лебедев, А.А. Щукин. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий. “ЭНЕРГИЯ”. МОСКВА. 1970.

2. Н.Б. Варгафтик. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. Государственное издательство физико-математической литературы. Москва. 1962.

3. Т.М. Башта. Машиностроительная гидравлика. Издательство “Машиностроение”. Москва. 1971.

4. В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел. Теплопередача. “ЭНЕРГИЯ”. МОСКВА, 1975.

Приложение

Рис. 3 Водоводяной подогреватель по МВН - 2050 - 62

Таблица 1 Физические свойства воды на линии насыщения

Таблица 5 Основные размеры водоводяных подогревателей по МВН - 2050-62 [Рис.3]

Вес приведен для разъёмных односекционных подогревателей

Таблица 6

Таблица 10 Международная система единиц (СИ)

* - Наряду с термодинамической температурой Кельвина применяется и международная практическая единица Цельсия (°С).

Таблица 11 Соотношения между единицами измерения системы МКГСС и международной системы единиц (СИ)

Размещено на Allbest.ru