Исследование термодинамических процессов и расчет теплообменного аппарата

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование термодинамических процессов и расчет теплообменного аппарата

1. Исходные данные

В одноходовом кожухотрубном теплообменном аппарате горячий теплоноситель движется в межтрубном пространстве и охлаждается от температуры 125 ?С до 50, ?С.

Внутренний диаметр кожуха аппарата . Холодный теплоноситель движется внутри металлических трубок. Холодный теплоноситель нагревается от ,?С до , ?С.

Число трубок в теплообменнике n = 85. Трубки теплообменника с внутренней стороны покрыты отложениями (накипью) толщиной д_нак=0,4·10^-3, м. Тепловая мощность, вносимая в ТОА, Q_вн =530, кВт. Потери теплоты в окружающую среду составляют (1 - 0,99)·100, %.

Определить поверхность нагрева F и число секций N теплообменника. Длина секции l_c = 5 м.

Расчет провести для прямоточного и противоточного направлений движения теплоносителей, а также при наличии накипи на трубах и при её отсутствии.

Известно также:

холодный теплоноситель - вода;

горячий теплоноситель - вода;

л_с = 105·10^-3 кВт/(м·К);

л_нак = 1,3·10^-3 кВт/(м·К).

Внутренний диаметр трубок

Наружный диаметр трубок

Все расчеты были выполнены в соответствии с методическими указаниями [2].

2. Расчет коэффициента теплоотдачи

теплообменник теплоотдача рекуперативный

Средняя температура теплоносителей

Скорость движения теплоносителей

Числа Рейнольдса

м

режим течения горячего теплоносителя - переходный

режим течения холодного теплоносителя - переходный

Температура стенки

Числа Прандтля

При

.

При

.

При

.

При

.

Коэффициент

Число Грасгофа

Числа Нуссельта

При переходном течении (Re_ж,d = 2300…10⁴)

Коэффициенты теплоотдачи

3. Конструктивный тепловой расчет теплообменного аппарата

Изменение температуры теплоносителей по длине аппарата

Температурный график прямоточного ТОА

Средний логарифмический температурный напор

Средний логарифмический температурный напор

Коэффициент теплопередачи

Коэффициент теплопередачи с учетом слоя накипи

Коэффициент теплопередачи без учета слоя накипи

Поверхность теплообмена

Поверхность теплообмена для противоточного теплообменника с учетом слоя накипи

Поверхность теплообмена для противоточного теплообменника без учета слоя накипи

Поверхность теплообмена для прямоточного теплообменника с учетом слоя накипи

Поверхность теплообмена для прямоточного теплообменника без учета слоя накипи

Площадь поверхности трубок одной секции

Число секций теплообменника

Число секций противоточного теплообменника с учетом слоя накипи

 (3 секции)

Число секций противоточного теплообменника без учета слоя накипи

(2 секции)

Число секций прямоточного теплообменника с учетом слоя накипи

(3 секции)

Число секций прямоточного теплообменника без учета слоя накипи

(3 секции)

Сводная таблица расчетов теплообменного аппарата

4. Рекуперативный теплообменник с трубчатой поверхностью теплообмена (противоток)

Эскиз секции с основными размерами

Выводы

Теплообменные аппараты могут иметь самое разнообразное назначение - паровые котлы, конденсаторы, пароперегреватели, воздухонагреватели, радиаторы и т.д. Теплообменные аппараты в большинстве случаев значительно отличаются друг от друга как по своим формам и размерам, так и по применяемым в них рабочим телам.

Руководствуясь данным расчетом теплообменного аппарата можно произвести выбор типа аппарата и его конструктивные размеры. Также на основе результатов расчета можно составить конструктивную схему аппарата.

Заключение

По T-S и P-v диаграммам, построенной в результате термодинамических расчетов, можно судить о закономерности изменения температуры и энтропии в зависимости от показателя политропы. Эти закономерности таковы:

1) при показателях политропы изменение температуры и энтропии будет положительно, а значит, внутренняя энергия и теплота процесса тоже будут положительные. Подведенная к газу теплота расходуется на увеличение внутренней энергии и на совершение им работы расширения;

2) при показателях политропы изменение температуры отрицательно, а изменение энтропии положительно, значит, внутренняя энергия будет отрицательной, а теплота процесса же положительной. Работа расширения совершается как за счет подведенной к газу теплоты, так и за счет внутренней энергии;

3) при показателях политропы изменение температуры и энтропии будет отрицательно, а значит внутренняя энергия и теплота процесса тоже будут отрицательные. Расширение газа происходит с уменьшением его внутренней энергии и отдачей теплоты в окружающую среду.

В процессе расчета теплообменного аппарата были рассчитаны основные параметры теплоотдачи, а также выполнен конструктивный расчет и построена схема соединения секций для рекуперативного теплообменника с трубчатой поверхностью теплообмена.

Расчеты проводились для двух возможных направлений движения: противоточного и прямоточного. В результате выполнения курсовой работы было выяснено, что при противоточном направлении движения необходимая поверхность теплообмена будет несколько меньше чем при прямоточном. Это означает что размещение теплообменного аппарата с противоточным направлением движения проще из-за его меньших габаритов. Так же было учтено влияние слоя накипи, и расчеты показали, что при её наличии поверхность теплообмена будет больше.

Список использованных источников

1 Баскаков А.П. Теплотехника: учебник для вузов - М.: Энергоатомиздат, 1991 г. - 224 с.

2 Латыпов Р.Ш. Техническая термодинамика и теплотехника: учеб. пособие. - Уфа: УГНТУ, 2009. - 152 с.

3 Теляшева Г.Д., Молчанова Р.А. Теплообмен. - Уфа: УГНТУ 2007 г.

Размещено на Allbest.ru