Расчет теплообменника и выбор термодинамически совершенной компоновки
Определение потери давления по пути греющего и нагреваемого теплоносителей - одна из основных задач гидравлического расчета. Собственная потеря эксергии, вызванная неравновесным теплообменом. Вычисление общего числа трубок подогревателя одного хода.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 24.11.2018 |
Размер файла | 542,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
1. Задание
Выбрать термодинамически наиболее совершенный воздухоподогреватель на основе теплового конструктивного, гидравлического расчетов и эксергетического анализа пяти вариантов.
Исходные данные к заданию:
WГ - скорость дымовых газов, м/c;
VГ - объемный расход дымовых газов, нм3/c;
tг' и tг” - температура дымовых газов на входе и выходе, С;
tв' и tв” - температура воздуха на входе и выходе, С;
dH - наружный диаметр трубок, мм;
д - толщина стенки трубок подогревателя, мм;
S - шаг между трубками, мм.
Дымовые газы движутся внутри труб, воздух движется в межтрубном пространстве, поперечно омывая пучки труб. Воздухоподогреватель размещается в газоходе прямоугольного сечения.
ТАБЛ. 1. Исходные данные
Вариант |
Обозначение величин |
Схема движения теплоносителей |
|||||||||
WГ, м/с |
VГ, нм3/с |
t'Г, С |
t”Г, С |
t'В, С |
t”В, С |
dHxд, мм |
S1/dH |
S2/dH |
|||
36 |
8 |
15 |
300 |
200 |
20 |
130 |
40х1,5 |
1,35 |
1,05 |
||
37 |
12 |
30 |
150 |
||||||||
38 |
14 |
20 |
170 |
||||||||
39 |
16 |
20 |
180 |
||||||||
40 |
20 |
30 |
170 |
Примечания:
Расположение труб в пучках воздухоподогревателя принять для вариантов 1 - 15, 31 - 45 - шахматное, 16 - 30, 46 - 60 - коридорное.
2. Расчетная часть
2.1 Тепловой расчет воздухоподогревателя
1) Определим количество передаваемого тепла (теплопроизводительность аппарата) по уравнению теплового баланса:
Или
Где Qг, Qв - тепловой поток отданный газом и воспринятый воздухом.
Определим средние температуры для определения средних теплоёмкостей дымовых газов и воды:
Табл. 2
tср, °С |
с, кг/м3 |
cp, кДж/кг•К |
л?102, Вт/м•К |
a•104, м2/с |
м•106, н•с/м2 |
н?106, м2/с |
Pr |
||
Дымовые газы |
250 |
0,6825 |
1,1095 |
4,425 |
59,4 |
26,35 |
39,305 |
0,66 |
|
Воздух |
75 |
1,0145 |
1,009 |
3,005 |
29,4 |
20,85 |
20,555 |
0,693 |
, м3/с
Тогда
2) Определяем общее число трубок подогревателя одного хода:
Где
гидравлический теплоноситель эксергия
3) Из уравнения теплового баланса определить массовый расход воздуха.
Определяем массовый расход воздуха:
4) При заданной скорости воздуха WВ = 0,5WГ определить сечение одного хода:
5) Определить коэффициенты теплоотдачи со стороны газов (бг) и со стороны воздуха (бв) по соответствующим формулам из [1, 2]. При определении коэффициента теплоотдачи между воздухом и наружной поверхностью труб (поперечное омывание пучка) необходимо предварительно задаться числом рядов в пучке по ходу воздуха:
Определим коэффициенты теплоотдачи со стороны газов:
21,9696
Определим коэффициента теплоотдачи между воздухом и наружной поверхностью труб:
Определим средний коэффициента теплоотдачи между воздухом и наружной поверхностью труб:
6) Коэффициент теплопередачи определяется по формулам из [1,2] или применительно к воздухоподогревателю можно рассчитать как где о - коэффициент использования поверхности нагрева, принять равным 0,7.
7) Определить среднелогарифмический температурный напор:
- если Дtmax <= Дtmin, среднелогарифмический температурный напор может быть подсчитан как среднеарифметический:
- если теплообменник работает по схеме перекрестного или смешанного тока, величина Дt определяется как Дt для противотока и умножается на поправочный коэффициент < 1.
Находим из графика поправочный коэффициент
Тогда с учетом поправочного коэффициента среднелогарифмический температурный напор будет равен:
8) Из уравнения теплопередачи определить необходимую поверхность теплообменного аппарата (FВП).
9) При известной поверхности нагрева определяется длина трубок воздухоподогревателя по формуле:
10) Определить число труб в поперечном ряду пучка:
Уточняем число рядов труб по ходу воздуха:
Определим габариты воздухоподогревателя:
Рис. 1
2.2 Гидравлический расчёт теплообменного аппарата и расчёт мощности
Основной задачей гидравлического расчета является определение потери давления по пути греющего и нагреваемого теплоносителей.
d - определяющий размер для данной секции, м;
о - коэффициент местного сопротивления, рассчитываемый по формуле (для турбулентного режима):
где Prc, Ргж - числа подобия Прандтля соответственно при температуре стенки (рассчитывается как средняя температура между средними температурами воды и конденсата) и при температуре жидкости.
Мощность насосов для преодоления гидравлического сопротивления аппарата находим по формуле, кВт:
где М - массовый расход среды, кг/с;
?P - полный напор, Па;
с - плотность среды, кг/м3;
з - коэффициент полезного действия насоса, для данной работы принимаем КПД равным 70 %.
Для дымовых газов:
а) коэффициент местного сопротивления:
б) Потери давления на преодоление сил трения:
Местные сопротивления обусловливаются вихреобразованием в местах изменения сечения канала и преодоления отдельных препятствий, например при входе, выходе, сужении, расширении, повороте и т.д. Местные сопротивления определяются по формуле:
в) мощность дымососа для преодоления гидравлического сопротивления аппарата:
Найдем для воздуха :
а) коэффициент местного сопротивления:
б) Потери давления на преодоление сил трения:
Местные сопротивления обусловливаются вихреобразованием в местах изменения сечения канала и преодоления отдельных препятствий, например при входе, выходе, сужении, расширении, повороте и т.д.
Местные сопротивления определяются по формуле:
на входе:
на выходе:
Поворот на 180° через перегородку в межтрубном пространстве:
в) мощность вентилятора для преодоления гидравлического сопротивления аппарата: кВт:
Расчет для вариантов № 37-40 аналогичен.
2.3 Расчет эксергетического КПД
Основной задачей расчетов является определение эксергетического коэффициента полезного действия зеx:
где МА - массовый расход греющего теплоносителя;
УД - потеря внутренней эксергии в аппарате, находим по формуле:
здесь ДТ - техническая потеря эксергии, связанная с гидравлическим сопротивлением при теплообмене, находим по формуле:
где NГ, NH - мощность, затрачиваемая соответственно на перемещение греющего и нагреваемого теплоносителя;
Дс - собственная потеря эксергии, вызванная неравновесным теплообменом:
где Q - тепловая мощность ТОА;
?фе -- разность эксергетических температур, всегда берется так, чтобы из большей по абсолютной величине эксергетической температуры е вычитать меньшую:
Средние термодинамические эксергетические температуры вычисляются по формулам:
- для греющего теплоносителя:
- для нагреваемого теплоносителя:
где Тm1 , Тm2 - средние термодинамические температуры соответственно греющего и нагреваемого теплоносителей, находим по формулам:
- изменение энтальпии греющего теплоносителя
- изменение энтальпии нагреваемого теплоносителя;
- изменение энтропии греющего теплоносителя;
- изменение энтропии нагреваемого теплоносителя в теплообменном аппарате;
- температура (К) греющего теплоносителя на входе и выходе теплообменного аппарата;
- температура (К) нагреваемого теплоносителя на входе и выходе ТОА.
TО.С. - температура окружающей среды, принимаем TО.С. =293,15 К.
- удельная эксергия греющего теплоносителя на входе и выходе ТОА соответственно, находим по формуле:
где cp - средняя теплоемкость греющего теплоносителя в указанном диапазоне температур.
1. Средние термодинамические температуры греющего и нагреваемого теплоносителей:
2. Средние термодинамические эксергетические температуры:
- для греющего теплоносителя:
- для нагреваемого теплоносителя:
3. Разность эксергетических температур:
4. Разность удельных эксергий:
5. Эксергетический КПД:
2.4 График зависимости эксергетического КПД от скорости греющего теплоносителя
Из графика зависимости эксергетического КПД от скорости греющего теплоносителя видно, что наиболее совершенной с термодинамической точки зрения оказалась компоновка из варианта №24. При следующих заданных значениях эксергетический КПД оказался наибольшим:
Табл. 3
Обозначение величин |
|||||||||
WГ, м/с |
VГ, нм3/с |
t'Г, С |
t”Г, С |
t'В, С |
t”В, С |
dHxд, мм |
S1/dH |
S2/dH |
|
16 |
15 |
300 |
200 |
20 |
180 |
40х1,5 |
1,35 |
1,05 |
При этом расчетные значения приведены ниже:
а) скорость воздуха:=4 ;
б) площадь сечения одного хода: fB = 1.763 ;
в) площадь поверхности теплообмена: FBП = 647.293 м2 ;
г) длина тррубок воздухоподогревателя: L=3,083 м;
д) число трубок: N = 1672 шт;
е) число рядов : =21 ;
ж) эксергетический кпд: = 43,67
Заключение
В ходе курсовой работы в результате теплового, конструктивного и гидравлического расчетов был проведен эксергетический анализ и подобрана компоновка наиболее совершенного варианта ТОА. Были получены практические навыки в проектировании ТОА с конфигурацией противотока.
Литература
1. Новоселов И.В., Репин В.В., Абузова Ф.Ф. Расчёт теплообменника и выбор термодинамически совершенной компановки. - Уфа: издательство УГНТУ, 2017.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Конструктивный расчет рекуперативного кожухотрубчатого теплообменника. Определение интенсивности процессов теплообмена, расходов и скоростей движения греющего и нагреваемого теплоносителей. Расчет гидравлических сопротивлений при движении теплоносителей.
курсовая работа [476,3 K], добавлен 21.02.2021Расчет температур молока и воды в пастеризационно-охладительной установке. Определение коэффициента теплопередачи, числа пластин. Выбор и обоснование схемы компоновки оборудования в производственных помещениях. Механизм и этапы расчета потерь давления.
курсовая работа [720,0 K], добавлен 04.05.2019Методика теплового расчета подогревателя. Определение температурного напора и тепловой нагрузки. Расчет греющего пара, коэффициента наполнения трубного пучка, скоростных и тепловых показателей, гидравлического сопротивления. Прочностной расчет деталей.
курсовая работа [64,6 K], добавлен 05.04.2010Классификация теплообменных аппаратов. Расчёт гидравлического сопротивления теплообменника. Расчет холодильника первой ступени. Вычисление средней разности температур теплоносителей. Расчет конденсатора паров толуола и поверхности теплопередачи.
курсовая работа [688,1 K], добавлен 17.11.2009Определение давления в гидроцилиндре. Вычисление диаметра, штока поршня и длины его хода. Потери давления в гидросистеме по всасывающей, нагнетательной и сливной линии. Потери давления из-за местных сопротивлений и установки гидроарматуры в трубопроводах.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 04.05.2014Расчет и подбор основных параметров гидродвигателей. Определение полезных перепадов давления и расходов рабочей жидкости. Вычисление гидравлических потерь в напорной и сливной магистралях. Выбор насоса и расчет мощности приводного электродвигателя.
курсовая работа [318,3 K], добавлен 26.10.2011Использование теплообменников в технологических процессах на предприятиях пищевой промышленности. Определение диаметров штуцеров. Конструктивный расчет теплообменника. Расчет фланцевых соединений. Определение общего количества трубок в теплообменнике.
курсовая работа [729,5 K], добавлен 28.09.2009Проект гидравлического пресса для отжима сока из винограда. Расчет производительности аппарата. Определение количества и размеров камеры прессования хода плунжера, давления рабочей жидкости в гидроцилиндре. Расчет на прочность колонны гидропресса.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 06.05.2015- Математическое моделирование одноходового кожухотрубного противоточного теплообменника-подогревателя
Сфера применения и технологическая схема работы одноходового кожухотрубного противоточного теплообменника–подогревателя. Математическое описание процесса действия теплообменника-подогревателя для смесей газ-газ, жидкость-газ и жидкость-жидкость.
курсовая работа [259,8 K], добавлен 26.12.2014 Технологическая схема теплообменной установки. Схема движения теплоносителей. Конструктивные характеристики теплообменника, его тепловой, гидравлический, механический расчет. Оценка тепловой изоляции. Расчет и выбор вспомогательного оборудования.
курсовая работа [591,2 K], добавлен 10.04.2017