Кожухотрубный теплообменник

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «ВГТУ»)

ИНСТИТУТ МАШИНОСТРОЕНИЯ И АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ

Курсовой проект

По дисциплине: «Термодинамика и теплопередача»

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Разработал:ст. гр. НГД-121 Алферов В.В.

Принял:проф. Булыгин Ю. А.

ВОРОНЕЖ 2014



Задание на курсовой проект

Вариант №1

Выполнить тепловой, гидравлический расчёты, а также сборочный чертёж теплообменного аппарата, входящего в установку подогрева нефти (УПН). теплообменный подогреватель температура пароводяной

Установка подогрева нефти (УПН), представленная на рисунке 1, используется для подогрева нефтепродуктов в технологических нефтепроводах.

Установка подогрева нефти работает по двухконтурной схеме. Первый контур (греющий) - индуктивно-кондуктивные электронагреватели и теплообменник, второй контур - теплообменник и подогреваемый трубопровод.

Разогрев промежуточного теплоносителя производится в тепловом пункте, расположенном в 30-40 метрах от трубопровода. В тепловом пункте находится нагревательное оборудование, система автоматического управления, система дополнительного отопления.

УПН позволяет производить нагрев нефти перед узлами учета, подогрев высоковязкой нефти, подогрев нефти при зимней эксплуатации низкодебетных скважин. Помимо прочего, использование установки УПН позволяет увеличить производительность перекачки нефти в технологических трубопроводах и обеспечить необходимую точность показаний счетчиков нефти на узлах учета.



Рисунок 1 - Установка подогрева нефти

Исходные данные для расчёта:

Тип аппарата кожухотрубный;

Греющая среда масло МК;

температура: на входе t'1= 85 °С

на выходе t''1= 37 °С

массовый расход G1= ? кг/с

скорость w1= 1,5 м/c

Нагреваемая среда нефть;

температура: на входе t'2= 3 °С

на выходе t''2= 35 °С

массовый расход G2= 14 кг/с

скорость w2= 3 м/c

Геометрические характеристики поверхности теплообмена:

Внутренний диаметр трубок d1 = 0,020 м

Наружный диаметр d2 = 0,022 м

Толщина стенки трубок д = 0,001 м

Параметр D' = 0,241 м

Материал трубок сталь

Кольцевой зазор 0,005 м

Задание выдано «___» ______________ 2014 г.

Руководитель ____________________профессор Ю.А. Булыгин

Работа должна быть выполнена не позднее 20.12.2014 г. СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Теоретическая часть

1.1 Классификация теплообменных аппаратов

1.2 Кожухотрубные теплообменники

1.2.1 Подогреватели водяные

1.2.2 Подогреватели пароводяные

1.2.3 Подогреватели сетевой воды

1.2.4 Подогреватели высокого давления

1.2.5 Подогреватели низкого давления

2. Расчетная часть

2.1. Тепловой расчет

2.1.1 Уравнения теплового баланса и теплопередачи

2.1.2 Определение режимов работы теплоносителей

2.1.3 Определение коэффициента теплоотдачи со стороны греющего теплоносителя

2.1.4 Определение коэффициента теплоотдачи со стороны нагреваемого теплоносителя

2.1.5 Уточнение температуры стенки

2.1.6 Уточненный расчет коэффициентов теплоотдачи

2.1.7 Определение теплопроизводительности аппарата

2.2 Гидравлический расчет

2.2.1 Определение суммарных потерь в трубном пространстве

2.2.2 Определение потерь в межтрубном пространстве

Заключение

Библиографический список

Приложение



Введение

Теплообменник - это устройство для передачи тепла от нагретого (жидкого или газообразного) теплоносителя более холодному. Примером может служить аппарат для регенерации тепла отработанных газов на выходе турбины ГПА. Теплообменные аппараты применяются в авиационной и космической технике, энергетике, химической, нефтеперерабатывающей, пищевой промышленности, в холодильной и криогенной технике, в системах отопления и горячего водоснабжения, кондиционирования, в различных тепловых двигателях.

Тенденции развития современной промышленности и теплоэнергетики инициируют появление новых видов теплообменных установок, способных отвечать все более жестким условиям эксплуатации, а также участвовать в технологических процессах, где традиционные типовые теплообменники использовать невозможно. Таким образом, правильный выбор типа применяемого теплообменного оборудования является исключительно важной задачей.

В представленном курсовом проекте рассчитываются основные параметры кожухотрубного теплообменного аппарата. Курсовой проект по теории теплообмена является одной из важных форм изучения курса и имеет целью способствовать развитию творческой активности студентов, развитию навыков инженерного мышления и выполнения технических расчетов, изучению и закреплению наиболее сложного теоретического материала курса, а также повышение инженерной эрудиции и математической культуры в целом.



1. Теоретическая часть

1.1 Классификация теплообменных аппаратов

Процессы теплообмена имеют большое значение в химической, энергетической, металлургической, пищевой и других отраслях промышленности. В теплообменных аппаратах теплопередача от одной среды к другой через разделяющую их стенку обусловлена рядом факторов и является сложным процессом, который принято разделять на три элементарных вида теплообмена: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение. На практике эти явления не обособлены, находятся в каком-то сочетании и протекают одновременно. Для теплообменников наибольшее значение имеет конвективный теплообмен или теплоотдача, которая осуществляется при совокупном и одновременном действии теплопроводности и конвекции.

Процессы теплообмена осуществляются в теплообменных аппаратах различных типов и конструкций.

Рисунок 1 - Классификация теплообменных аппаратов

По способу передачи тепла теплообменные аппараты делят на поверхностные и смесительные (рисунок 1). В поверхностных аппаратах рабочие среды обмениваются теплом через стенки из теплопроводного материала, а в смесительных аппаратах тепло передается при непосредственном перемешивании рабочих сред (при этом теплообмен сопровождается и массообменном).

Контактные теплообменники в свою очередь подразделяются на смесительные и барботажные. В аппаратах смесительного типа нагретые и менее нагретые теплоносители перемешиваются и образуют растворы или смеси. Примером могут являться различного типа скрубберы. В аппаратах барботажного типа более нагретый теплоноситель прокачивается через массу менее нагретого (или наоборот), не смешиваясь с ним.

Во всех поверхностных теплообменниках оба теплоносителя омывают обычно разделяющую их твердую стенку, которая таким образом участвует в процессе теплообмена. Такие теплообменники разделяются на рекуперативные и регенеративные.

В регенеративных аппаратах одна и та же поверхность теплообмена попеременно омываются то одним, то другим теплоносителем. В период нагрева, т.е. при проходе горючего теплоносителя, стенки теплообменника и набивка в виде шаров, колец и т.п. нагреваются, в них аккумулируется тепло, которое в период охлаждения отдается протекающему вторичному теплоносителю. Направление потока тепла в стенках периодически меняется - это аппараты периодического действия.

Примером таких установок являются воздухоподогреватели газотурбинных установок, воздухоподогреватели типа юнгстрем и др.

В рекуперативных аппаратах одна поверхность стенки все время омывается одним теплоносителем, а другая - другим. Тепло от одного теплоносителя к другому передается через разделяющую их стенку из теплопроводного материала.

Теплообменные аппараты классифицируются также по наличию или отсутствующие изменения агрегатного состояния теплоносителей. Имеются аппараты:

- без изменения агрегатного состояния теплоносителей;

- с изменением агрегатного состояния одного теплоносителя - конденсация пара (первичного теплоносителя) или кипения жидкости (вторичного теплоносителя);

- с изменением агрегатного состояния обоих теплоносителей.

Все теплообменные аппараты поверхностного типа можно классифицировать по виду взаимного направления потоков теплоносителей. Существуют 3 основные схемы движения теплоносителей, применяются также их комбинации (рисунок 2):

- Прямоток - движение двух теплоносителей параллельно друг к другу в одном и том же направлении.

- Противоток - движение двух теплоносителей параллельно друг к другу в противоположных направлениях.

- Перекрестный ток - движение двух теплоносителей во взаимно перпендикулярных направлениях.

Рисунок 2 - Схемы движения теплоносителей

а) прямоток, б) противоток, в) перекрестный ток

Можно также проводить классификацию по назначению (подогревателя, испарителя, холодильника, конденсатора), материалу поверхности теплообмена, числу ходов теплоносителя и т.д.

Рекуператоры в свою очередь различают по конфигурации поверхности теплообмена:

- трубчатые аппараты с прямыми трубками;

- трубчатые аппараты с U-образным трубным пучком;

- спиральные;

- пластинчатые;

- змеевиковые;

- ребристые.

По компоновке поверхности нагрева:

- тип «труба в трубе»;

- кожухотрубные аппараты;

- оросительные аппараты (не имеющие ограничивающего корпуса) и некоторые другие.

Рассмотрим основные виды теплообменных аппаратов, получивших наибольшее распространение в промышленности.

1.2 Кожухотрубные теплообменники

Основными элементами кожухотрубных теплообменников являются пучки труб, трубные решетки, корпус, крышки, патрубки. Концы труб крепятся в трубных решетках развальцовкой, сваркой и пайкой (рисунок 3).

Рисунок 3 - Кожухотрубный теплообменник



Для увеличения скорости движения теплоносителей с целью интенсификации теплообмена нередко устанавливают перегородки как и трубном, так и межтрубном пространствах.

Кожухотрубные теплообменники могут быть вертикальными, горизонтальными и наклонными в соответствии с требованиями технологического процесса или удобства монтажа. В зависимости от величины температурных удлинений трубок и корпуса применяют кожухотрубные теплообменники жесткой, полужесткой и нежесткой конструкции.

Аппараты жесткой конструкции используют при сравнительно небольших разностях температур корпуса и пучка труб; эти теплообменники отличаются простотой устройства.

В кожухотрубных теплообменниках нежесткой конструкции предусматривается возможность некоторого независимого перемещения теплообменных труб и корпуса для устранения дополнительных напряжений от температурных удлинений. Нежесткость конструкции обеспечивается сальниковым уплотнением на патрубке или корпусе, пучком U образных труб, подвижной трубной решеткой закрытого и открытого типа.

В аппаратах полужесткой конструкции температурные деформации компенсируются осевым сжатием или расширением специальных компенсаторов, установленных па корпусе. Полужесткая конструкция надежно обеспечивает компенсацию температурных деформаций, если они не превышают 10…15 мм, а условное давление в межтрубном пространстве составляет не более 2,5 кгс/см².

1.2.1 Подогреватели водяные

Горизонтальные водоводяные секционные подогреватели предназначены для систем отопления и горячего водоснабжения, в которых теплоносителем является горячая вода, получаемая от котельных или поступающая от тепловых магистралей ТЭЦ.

Подогреватели могут использоваться и в других схемах, в которыхтребуется осуществить нагрев или охлаждение жидкости (например вкачестве охладителей конденсата для пароводяных подогревателей). При этом параметры теплообменивающихся сред не должны превышать те их значения, которые регламентированы для условий применения данных подогревателей в системах теплоснабжения.

Секционные подогреватели (далее «подогреватели») состоят из кожухотрубных секций, соединенных в блоки заданной теплопроизводительности с помощью соединительных калачей. Для присоединения к трубопроводам сетевой воды между корпусами подогревателей и трубопроводами устанавливаются переходные патрубки. Каждая секция представляет собой неразборный блок, состоящий из корпуса, трубных досок, трубок поверхности теплообмена. Корпуса секций подогревателей выполняются из стальных труб и соединяются между собой штуцерами.

Разъемное исполнение секций позволяет осуществлять организацию производства, транспортировки и сборки на месте блоков с различным числом однотипных секций, в зависимости от назначения, температурного режима, площади теплообмена и т.д.

В подогревателях вода, предназначенная для подогрева, движется по трубам трубной системы, а нагревающая вода движется в межтрубном пространстве с соблюдением принципа противотока.

Рисунок 4 - Подогреватель водяной секционный



1.2.2 Подогреватели пароводяные

Подогреватели пароводяные (ПП) предназначены для систем отопления и горячего водоснабжения, работающих по температурным режимам 70/150 °C; 70/130 °С и 70/95 °С.

Подогреватель представляет собой кожухотрубный теплообменник горизонтального типа, основными узлами которого являются: корпус, трубная система, передняя и задняя (плавающая) водяные камеры, крышка корпуса.

Сборка основных узлов подогревателя осуществляется с помощью разъемного фланцевого соединения, обеспечивающего возможность профилактического осмотра и ремонта.

В подогревателе нагреваемая вода движется по трубкам, а греющий пар через патрубок в верхней части корпуса поступает в межтрубное пространство, в котором установлены сегментные перегородки, направляющие движение парового потока. Конденсат греющего пара стекает в нижнюю часть корпуса и отводится из подогревателя. Накапливающиеся в подогревателе неконденсирующиеся газы (воздух) отводятся через патрубок на корпусе аппарата.

Рисунок 5 - Подогреватель пароводяной

1.2.3 Подогреватели сетевой воды

Подогреватели сетевой воды (ПСВ) устанавливаются в схеме теплоснабжения и предназначены для подогрева сетевой воды на тепловых электростанциях паром из отборов турбин, а в отопительно-производственных и отопительных котельных - паром котлов низкого давления.

Подогреватель сетевой воды представляет собой кожухотрубный теплообменник вертикального типа, основными узлами которого являются: корпус, трубная система, верхняя и нижняя (плавающая) водяные камеры.

Сборка узлов осуществляется с помощью фланцевого соединения, обеспечивающего возможность их профилактического осмотра и ремонта.

Корпус подогревателя состоит из цилиндрической обечайки, эллиптического днища и фланца для соединения с трубной системой. В верхней части обечайки корпуса установлен патрубок подвода пара, а ниже располагаются: патрубок подвода конденсата, патрубок отсоса воздуха, муфты для подсоединения указателя уровня, а также патрубок для подсоединения датчика регулятора уровня. В днище установлен патрубок выхода конденсата пара и патрубок для регулятора уровня.

Трубная система состоит из верхней и нижней трубных досок, каркасных труб, прямых теплообменных труб, концы которых развальцованы в трубных досках.

На верхней трубной доске предусмотрена установка воздушного клапана для отвода воздуха из корпуса при гидроиспытании и клапана для слива воды из верхней водяной камеры.

Верхняя водяная камера состоит из цилиндрической обечайки, эллиптического днища и фланца для соединения с трубной системой, патрубков подвода и отвода сетевой воды. Внутренний объем камеры разделен перегородками на отсеки, благодаря которым сетевая вода совершает необходимое количество ходов. В верхней части днища установлена муфта воздушного клапана для отвода воздуха из трубной системы при гидроиспытании.

Нижняя водяная камера состоит из эллиптического днища и фланца для соединения с трубной системой. Внутренний объем камеры при четырех ходах сетевой воды разделен перегородкой. В днище установлена муфта для слива воды.

В подогревателе сетевая вода движется по теплообменным трубкам, а греющий пар поступает через пароподводящий патрубок в межтрубное пространство.

Конденсат пара стекает в нижнюю часть корпуса и отводится из подогревателя через регулирующий клапан, управляемый электронным автоматическим устройством.

Аппаратура автоматического регулирования уровня конденсата поддерживает нормальный уровень конденсата в корпусе, выпускает избыток конденсата в дренажную сеть и препятствует выходу пара из корпуса.

Накапливающиеся в подогревателе неконденсирующиеся газы отводятся через патрубок на корпусе.

Рисунок 6 - Подогреватель сетевой воды

1.2.4 Подогреватели высокого давления

Подогреватели высокого давления предназначены для подогрева питательной воды котлов тепловых электростанций за счет использования тепла пара, отбираемого из промежуточных ступеней турбин.

Подогреватель высокого давления представляет собой кожухотрубный теплообменник вертикального типа, основными узлами которого являются: корпус, трубная система, водяная камера.

Сборка узлов осуществляется с помощью фланцевого соединения, обеспечивающего возможность их профилактического осмотра и ремонта.

Корпус подогревателя состоит из цилиндрической обечайки, эллиптического днища и фланца для соединения с трубной системой и водяной камерой.

Трубная система состоит из трубной доски, каркаса, U-образных теплообменных труб, концы которых развальцованы в трубной доске.

Каркас трубной системы имеет поперечные сегментные перегородки, направляющие поток пара и служащие промежуточными опорами для теплообменных труб.

На трубной доске предусмотрена установка клапанов для отвода воздуха из корпуса при гидроиспытании и слива воды из водяной камеры.

Водяная камера состоит из цилиндрической обечайки, эллиптического днища и фланца для соединения с трубной системой и корпусом, патрубков подвода и отвода воды (в подогревателе ПВ-60-4 водяная камера стальная, литая). Внутренний объём камеры разделён перегородками на отсеки, благодаря которым вода совершает 4 хода. В верхней части водяной камеры предусмотрена установка клапана для спуска воздуха из трубной системы при гидроиспытании.

В подогревателе нагреваемая вода движется по теплообменным трубкам, а греющий пар поступает через пароподводящий патрубок в межтрубное пространство и проходя между направляющими сегментными перегородками, конденсируется.

Конденсат пара стекает в нижнюю часть корпуса и отводится из подогревателя через регулирующий клапан, управляемый электронным автоматическим устройством.

Аппаратура автоматического регулирования уровня конденсата поддерживает нормальный уровень конденсата в корпусе, выпускает избыток конденсата в дренажную сеть и препятствует выходу пара из корпуса.

Накапливающиеся в подогревателе неконденсирующиеся газы отводятся через патрубок на корпусе.

Рисунок 7 - Подогреватель высокого давления

1.2.5 Подогреватели низкого давления

Подогреватели низкого давления предназначены для подогрева питательной воды в системах регенерации стационарных паровых турбин тепловых электростанций.

Подогреватель низкого давления представляет собой кожухотрубный теплообменник вертикального типа, основными узлами которого являются: корпус, трубная система, водяная камера.

Сборка узлов осуществляется с помощью фланцевого соединения, обеспечивающего возможность их профилактического осмотра и ремонта.

Корпус подогревателя состоит из цилиндрической обечайки, эллиптического днища и фланца для соединения с трубной системой и водяной камерой.

Трубная система состоит из трубной доски, каркаса, U-образных теплообменных труб, концы которых развальцованы в трубной доске.

Каркас трубной системы образуют: каркасные стойки (швеллеры и трубы), поперечные сегментные перегородки, направляющие поток пара и служащие промежуточными опорами для теплообменных труб, пароотбойный щит.

На трубной доске предусмотрена установка воздушного клапана для отвода воздуха из корпуса при гидроиспытании и клапана для слива воды из водяной камеры.

Водяная камера состоит из цилиндрической обечайки, эллиптического днища и фланца для соединения с трубной системой и корпусом, патрубков подвода и отвода воды. Внутренний объём камеры разделён перегородками на отсеки, благодаря которым вода совершает необходимое количество ходов.

В верхней части днища установлена муфта воздушного клапана для отвода воздуха из трубной системы при гидроиспытании.

Сиcтема регенерации низкого давления выполняется преимущественно однопоточной, с нагревом воды в одной группе последовательно расроложенных подогревателей низкого давления. Причем в некоторых случаях отдельные ступени регенеративного подогрева могут иметь два аппарата ПН параллельно подсоединенных по питательной воде и греющему пару.

В подогревателе нагреваемая вода движется по теплообменным трубкам, а греющий пар поступает через пароподводящий патрубок в межтрубное пространство.

Конденсат пара стекает в нижнюю часть корпуса и отводится из подогревателя через регулирующий клапан, управляемый электронным автоматическим устройством.

Аппаратура автоматического регулирования уровня конденсата поддерживает нормальный уровень конденсата в корпусе, выпускает избыток конденсата в дренажную сеть и препятствует выходу пара из корпуса.

Накапливающиеся в подогревателе неконденсирующиеся газы отводятся через патрубок на корпусе.



Рисунок 8 - Подогреватель низкого давления



2. Расчетная часть

2.1 Тепловой расчет

2.1.1 Уравнения теплового баланса и теплопередачи

Предположим, что в межтрубном пространстве течет греющая среда (будем обозначать ее индексом 1), а в трубном пространстве - нагреваемая среда (будем обозначать ее индексом 2).

По условию задания температура на выходе нагреваемого теплоносителя t”₂ выше температуры на выходе греющего теплоносителя t''₁. Это значит, что в качестве схемы движения теплоносителей выбран противоток. Скорости движения теплоносителей задаются.

Находим средние температуры теплоносителей:

Составляем уравнение теплового баланса:

Где G₁ - расход масла в межтрубном пространстве;

G₂ - расход нефти в трубном пространстве.

Значения С_P1 и С_P2 возьмем из таблиц Б.1 и Б.2 (приложение Б):

,

Найдем из него, предварительно задавшись КПД аппарата (з = 0,95), недостающий расход G₁:

2.1.2 Определение режимов работы теплоносителей

Определим режим течения в трубном пространстве:

,

значит, режим течения ламинарный.

Определяем режим течения в межтрубном пространстве:

значит, режим течения ламинарный.

Здесь эквивалентный диаметр:

,

где n - количество трубок.

Количество трубок определим по формуле:

.



Диаметр кожуха теплообменного аппарата:

где D' - параметр, зависящий от характера размещения труб (D' = 0,241 м),

d_H - наружный диаметр (d_H = 0,022),

k - кольцевой зазор между трубками и кожухом ( k = 0,005 м).

Значит,

.

Определим эквивалентный диаметр:

.

2.1.3 Определение коэффициента теплоотдачи со стороны греющего теплоносителя

Рассчитаем критерий Нуссельта для ламинарного течения жидкости по формуле Михеева:

Предположим, что в первом приближении средняя температура стенки равна среднему арифметическому между температурами теплоносителей:

Возьмем из приложения Б значение числа Прандтля:

(при температуре стенки t_w'),

и значение теплопроводности:

.

Рассчитаем критерий Нуссельта:

Т.к. , то:

.

2.1.4 Определение коэффициента теплоотдачи со стороны нагреваемого теплоносителя

Возьмем из приложения Б значение числа Прандтля:

,

(при температуре стенки t_w' ),

и значение теплопроводности:

.

Рассчитаем критерий Нуссельта:

Т.к. , то:



2.1.5 Уточнение температуры стенки

Воспользуемся формулой для вычисления среднего коэффициента теплопередачи:

Где д_w - толщина стенки (д_w = 0,001 м),

л_w - теплопроводность стенки (значение л_w = 52,6 Вт/(м·К) взято из справочника).

Средний температурный напор для противоточных теплообменных аппаратов определяется как:

Запишем систему уравнений для определения удельной теплопроизводительности аппарата:

Выразим из этой системы уравнений температуры стенки со стороны греющей и нагреваемой жидкостей:



,

.

где .

Найдем среднюю температуру во втором приближении:

.

Определим погрешность при нахождении средней температуры стенки:

.

Т.к. погрешность более 25 %, то температура стенки определена недостаточно точно. Требуется уточненный расчет.

2.1.6 Уточненный расчет коэффициентов теплоотдачи

Примем температуру стенки .

В этом случае определим коэффициент теплоотдачи нагревающего теплоносителя по известной методике. При изменившемся условии ; ; ; .

Аналогично определим коэффициент теплоотдачи нагреваемой среды. При изменившемся условии ; ; ; .

Уточним температуру стенки при новых условиях.

Средний коэффициент теплопередачи будет равен ; средний температурный напор не изменится . В этом случае искомая температура стенки будет равна , что составляет 1,6% погрешности.

2.1.7 Определение теплопроизводительности аппарата

Найдем теплопроизводительность аппарата из уравнения теплового баланса:

.

Найдем площадь поверхности теплообмена:

2.2 Гидравлический расчёт кожухотрубного теплообменника

2.2.1 Определение суммарных потерь в трубном пространстве

Суммарные потери в трубном пространстве:

Длина трубок:

,

где n - количество трубок (n = 16).



Значит, длина трубок:

Для расчета потерь по длине используем формулу Дарси - Вейсбаха

,

где л - коэффициент Дарси,

Re ₂ - число Рейнольдса для трубного пространства.

Коэффициент Дарси определим по формуле:

.

Значит, потери по длине

.

В качестве местных сопротивлений рассматриваем вход в трубную решетку и выход из нее:

,



где - плотность теплоносителя при t₁,

- скорость теплоносителя в трубном пространстве,

- коэффициент местного сопротивления входа,

- коэффициент местного сопротивления выхода.

Коэффициент местного сопротивления входа:

.

Коэффициент местного сопротивления выхода:

,

где - площадь поперечного сечения кожуха:

,

- суммарная площадь поперечного сечения всех трубок.

Рассчитаем потери на местное сопротивление:



Тогда суммарные потери:

2.2.2 Определение потерь в межтрубном пространстве

Суммарные потери в межтрубном пространстве:

.

Суммарное сопротивление в межтрубном пространстве равно сумме потерь по длине и потерь на местное сопротивление .

Потери по длине оцениваем по формуле Дарси - Вейсбаха:

,

где л - коэффициент Дарси,

Re₁ - число Рейнольдса для межтрубного пространства.

Коэффициент Дарси определим по формуле:

.

Рассчитаем потери по длине:

.



Потери на местное сопротивление:

,

где - коэффициент местного сопротивления, который находится по формуле:

.

Рассчитаем потери на местное сопротивление:

.

Тогда суммарные потери в межтрубном пространстве составят:

.

Мощность насоса для прокачки теплоносителя через межтрубное пространство теплоносителя:



Заключение

В данной курсовом проекте были произведены тепловой и гидравлический расчеты кожухотрубного теплообменного аппарата.

В результате теплового расчета было определено:

1) теплопроизводительность аппарата Q = 820 Вт;

2) площадь поверхности теплообмена F = 1,97 м².

В результате гидравлического расчета было определено:

1) потери давления Р_тр = 41309 Па в трубном пространстве;

2) потери давления Р_мт = 4755 Па в межтрубном пространстве и мощность насоса N₂ = 103 Вт в межтрубном пространстве.

Эскиз получившегося теплообменника представлен в приложении А.



Библиографический список

1 Булыгин Ю.А., Апасов В.Н. Расчет и проектирование теплообменного аппарата. Учебное пособие. Воронеж: «ВГТУ», 2006, 136 с.

2 Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. Учебник для вузов. 3-е изд. перераб. и доп. -М.: Энергия. 1975, 488с.

3 Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. -М.: Энергия. 1980, 280с

4 Юдаев Б.Н. Теплопередача. -М.: Высшая школа.1973.



Приложение

Таблица Б.1 - Физические свойства воды в зависимости от температуры

t,°С	с, кг/м3	ср, кДж/(кг·К)	л, Вт/(м·К)	н, 10-6 м2/с	в, 10-4 К-1	Pr
0	999,9	4,212	0,551	1,789	-0,63	3,67
10	999,7	4,191	0,574	1,306	0,70	9,52
20	998,2	4,183	0,599	1,006	1,82	7,02
30	995,7	4,174	0,618	0,805	3,21	5,42
40	992,2	4,174	0,635	0,659	3,87	4,31
50	988,1	4,174	0,648	0,556	4,49	3,54
60	983,2	4,179	0,659	0,478	5,11	2,98
70	977,8	4,187	0,668	0,415	5,70	2,55
80	971,8	4,195	0,674	0,365	6,32	2,21
90	965,3	4,208	0,680	0,326	6,95	1,95
100	958,4	4,220	0,683	0,295	7,52	1,75

Таблица Б.2 - Физические свойства нефти в зависимости от температуры

t,°С	с, кг/м3	ср, кДж/(кг·К)	л, Вт/(м·К)	м, 10-4 Па·с	н, 10-6 м2/с	в, 10-4 К-1	Pr
0	923,5	1,764	0,1498	574 836	622,4	6,77	6768
10	917,2	1,799	0,1490	263 960	287,8	6,77	3187
20	911,0	1,835	0,1482	135 725	149,0	6,77	1680
30	904,7	1,870	0,1474	76567	84,6	6,77	971
40	898,4	1,906	0,1466	46621	51,9	6,77	606
50	892,1	1,941	0,1458	30236	33,9	6,77	402
60	885,9	1,977	0,1450	20666	23,3	6,77	281
70	879,6	2,012	0,1442	14758	16,8	6,77	205
80	873,3	2,048	0,1434	10933	12,5	6,77	156
90	867,1	2,083	0,1426	8354	9,6	6,77	122
100	860,8	2,118	0,1418	6555	7,6	6,77	97

Размещено на Allbest.ru