Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тепловой расчет воздухоохладителя

Введение

Целью работы является приобретение практических навыков расчета рекуперативных теплообменных аппаратов, работы со справочными таблицами и графиками, закрепление теоретических знаний по темам: основы теории подобия, теплоотдача при вынужденном движении жидкости, расчет теплообменных аппаратов.

Содержание задания. Произвести тепловой расчет трубчатого воздухоохладителя. Охлаждаемый воздух омывает пучок латунных труб в поперечном направлении. Внутри труб протекает охлаждающая вода.

Принять следующие исходные данные:

- расход воздуха м³/ч = 2,055 м³/с;

- температура воздуха на входе в охладитель °С;

- температура воздуха на выходе °С;

- температура воды на входе °С;

- температура воды на выходе °С;

- число трубок в ряду в направлении поперечном к потоку воздуха шт.;

- число ходов воды ;

- расстояние между трубными досками (длина трубок) мм;

- диаметры трубок: наружный мм; внутренний мм;

- относительный шаг трубок ;

- расположение трубок в пучке коридорное;

- продольный и поперечный шаги в пучке труб равны между собой

В результате необходимо определить:

- площадь поверхности теплообмена F, м²;

- число рядов труб N рядов.

1. Тепловой расчет воздухоохладителя

На основании исходных данных выберем и вычертим схему движения теплоносителей в воздухоохладителе.

По заданным температурам вычислим определяющие температуры воздуха, воды и стенки по формулам:

где

1. В таблице физических свойств сухого воздуха (таб. 3 Приложения) по определяющей температуре воздуха Т₁ найдем значения , , .

По определяющей температуре Т₂ в таблице физических свойств воды найдем значения , , .; , , , а по температуре стенки Т_с* - значение числа Прандтля для воды при температуре стенки .

Определяют водяные эквиваленты теплоносителей и тепловой поток:

- водяной эквивалент воздуха

Вт/К;

- тепловой поток

- водяной эквивалент воды

Вычислим средний температурный напор.

а) По соотношению водяных эквивалентов С₁ и С₂ выберем и вычертим график изменения температуры теплоносителей вдоль поверхности теплообмена для схемы противотока.

б) Вычислим наибольший и наименьший температурные напоры ДТ_б, ДТ_М и их отношение ДТ_б/ДТ_м.

Так как С₁<С₂, то наибольший температурный напор будет на входе аппарата и равен

а наименьший температурный напор будет на выходе аппарата и равен

в) Найдем средний температурный напор для схемы противотока .

г) Примем поправку на температурный напор ?_ДT = 1. ?_ДT - поправочный коэффициент, учитывающий уменьшение среднего температурного напора сложных схем по сравнению со схемой противотока.

д) Вычислим средний температурный напор

Определим предварительное значение коэффициента теплоотдачи от воздуха к стенкам труб б_1*

а) Определим площадь проходного сечения для воздуха:

б) Найдем скорость движения воздуха

в) Вычислим значение числа Рейнольдса

г) По числу Рейнольдса и расположению труб в пучке выберем уравнение подобия при поперечном обтекании пучка труб воздухом и входящие в него величины: А₁ n₁, _ш. Угол атаки ш для воздухоохладителя примем равным 90°, а значение поправки _ш = 1. Так как число рядов труб N пока не известно, то в предварительном расчете примем _N* = 1. Вычислим значение числа Нуссельта.

Поправка на угол атаки учитывает уменьшение коэффициента теплоотдачи при отклонении потока жидкости от нормали к оси труб.

Поправка на число рядов труб в пучке учитывает уменьшение коэффициента теплоотдачи в первом и втором рядах труб по сравнению с расчетным, за счет меньшей турбулизации потока жидкости в этих рядах.

Для воздуха число Прандтля слабо зависит от изменения температуры поэтому его можно включить в постоянный коэффициент и формула упрощается:

Для газов поэтому в уравнение подобия для газов эту поправку не включают.

Для коридорного пучка А₁ = 0,23 n₁ = 0,65

При расчете числа Нуссельта в качестве определяющей температуры примем среднюю температуру горячей жидкости

в качестве определяющего размера примем наружный диаметр труб - d_H = 0,012 м; в качестве определяющей скорости - скорость горячей жидкости в самом узком сечении ряда труб - W₁ м/с.

д) Вычислим предварительное значение коэффициента теплоотдачи

2. Определим предварительное значение коэффициента теплоотдачи от стенок труб к воде Последующий расчет выполним методом последовательных приближений:

а) Зададимся предварительным значением коэффициента теплопередачи К_* < , из формулы видно, что коэффициент теплопередачи всегда меньше наименьшего из коэффициентов теплоотдачи. Для воздухоохладителя обычно поэтому в качестве предварительного значения коэффициента теплопередачи целесообразно принять

.

б) С помощью уравнения теплопередачи найдем предварительное значение площади поверхности теплообмена

и число рядов труб в пучке

где за расчетный диаметр при расчете воздухоохладителя принимают наружный диаметр труб со стороны которого, коэффициент теплоотдачи значительно меньше, чем со стороны внутреннего диаметра.

Определим проходное сечение для воды

в) Найдем объемный расход воды:

г) Определим предварительные значения скорости воды и числа Рейольдса

Так как режим течения воды переходный (), вычислим число Грасгофа для воды

д) Так как режим течения воды переходный уравнение подобия для вынужденного движения в трубах имеет вид:

Число

В качестве определяющей температуры примем среднюю температуру горячей жидкости T₂ = 21 ^oC.

В качестве определяющего размера примем внутренний диаметр труб - d_ВН = 0,01 м;

Температурная поправка учитывает влияние направления и величины теплового потока, определяется по формуле

Поправка на длину трубы учитывает повышение среднего коэффициента теплоотдачи для коротких труб за счет увеличения местного коэффициента теплоотдачи на начальном участке трубы в следствии тепловой стабилизации потока. При поправка на длину трубы .

Поправка на кривизну труб учитывает увеличение коэффициента теплоотдачи в изогнутых трубах за счет дополнительной турбулизации потока. В данной работе поправку примем равной 1.

По выбранному уравнению подобия вычислим предварительное значение числа Нуссельта для воды

e) По числу Нуссельта определим предварительное значение коэффициента теплоотдачи от стенок труб к воде

трубчатый теплообменный воздухоохладитель температурный

3. Определим расчетный коэффициент теплопередачи методом последовательных приближений.

а) При числе рядов труб N > 10 окончательное значение коэффициент теплоотдачи от воздуха к стенкам труб .

б) Найдем расчетный коэффициент теплоотдачи

Полученное значение сравним с предварительным значением коэффициента теплопередачи и определим относительную точность приближения:

4. Точность приближения должна быть меньше 3%, поэтому уточним коэффициент теплоотдачи от стенок труб к воде . Для этого повторим весь расчет коэффициента теплоотдачи по пунктам 8 б), г), д) е).

8 б) С помощью уравнения теплопередачи найдем значение площади поверхности теплообмена

и число рядов труб в пучке

где за расчетный диаметр при расчете воздухоохладителя принимают наружный диаметр труб со стороны которого, коэффициент теплоотдачи значительно меньше, чем со стороны внутреннего диаметра.

Определим проходное сечение для воды

8 г) Определим значения скорости воды и числа Рейнольдса

8 д) Так как режим течения воды переходный уравнение подобия для вынужденного движения в трубах имеет вид:

Число
По выбранному уравнению подобия вычислим значение числа Нуссельта для воды

8 e) По числу Нуссельта определим значение коэффициента теплоотдачи от стенок труб к воде

5. Уточним коэффициент теплопередачи по уточненным значениям и найдем коэффициент теплопередачи

Полученное значение сравним с расчетным и определим относительную точность приближения:

6. Конструктивные характеристики воздухоохладителя

Для обеспечения надежной работы воздухоохладителя при загрязнении поверхности теплообмена в процессе эксплуатации вводят поправку на загрязнение труб

а) Найдем коэффициент теплопередачи

.

б) Поверхность теплообмена

в) Число рядов труб

г) Ширина рабочей части охладителя по ходу движения воздуха

.

Вывод

В ходе расчетно-графический работы:

ь Приобрели практические навыки расчета рекуперативных теплообменных аппаратов. Произвели расчет трубчатого воздухоохладителя, в котором охлаждаемый воздух омывает пучок латунных труб в поперечном направлении, внутри труб протекает охлаждающая вода.

ь Научились работать со справочными таблицами и графиками:

По заданным входных и выходных температурах определили определяющие температуры воздуха, воды, и стенки. По таблицам физических свойств рассматриваемых веществ определили значения , , соответствующие определяющим температурам. Определив водяные эквиваленты теплоносителей и тепловой поток, вычислили средний температурный напор. По выбранным уравнениям подобия для воздуха и для воды вычислили предварительное значение коэффициентов теплоотдачи от воздуха к стенке и от стенок труб к воде соответственно. Из - за того, что число труб в пучке и проходное сечение для воды не известны, расчет выполнили методом последовательных приближений. Каждый раз сравнивая значения расчетного и выбранного коэффициентов теплоотдачи, добивались того, чтобы относительная точность приближения была меньше 3%.

Расчет воздухоохладителя завершили подсчетом конструктивных характеристик с учетом загрязнения труб в процессе эксплуатации.

С соблюдением выбранного масштаба и главных размеров корпуса вычертили конструктивную схему воздухоохладителя.

ь закрепили теоретические знания по темам: основы теории подобия, теплоотдача при вынужденном движении жидкости, расчет теплообменных аппаратов

Размещено на Allbest.ru