Теплообменные аппараты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана

Домашнее задание

по дисциплине «Теплообменные аппараты»

Выполнил:

студент группы Э6-71

Курагин В.О.

Преподаватель:

Каськов С.И.

Москва, 2015

Определить конструктивные размеры (диаметры, длины, поверхности) и выполнить эскизный чертёж теплообменного аппарата типа «труба в трубе», изготовленного из стали () для нагрева воды от температуры до температуры при значении расходы . Другой «греющий» теплоноситель - вода с температурой и расходом . Рассмотреть прямоточную и противоточную схемы течения теплоносителей. Построить график изменения температуры теплоносителя по длине теплообменника для каждой схемы течения и расхода. Толщину стенки труб теплообменного аппарата по конструктивным и технологическим соображениям применять не менее 2 мм. Рекомендуемые значения скорости воды в каналах теплообменного аппарата - 3 м/с. Длина труб секции теплообменного аппарата «труба в трубе» может составлять: l_{1секции} = 1,3,6 м. Определить гидравлические сопротивления теплообменного аппарата. Провести оптимизацию теплообменного аппарата для данных расходов теплоносителей.

Решение.

Первым шагом определим диаметр труб:

,

от сюда выражаем d₁:

По ГОСТ 8734-75 подбираем диаметр и толщину труб d₁ = 50 мм, а толщина 2.5 мм.

,

отсюда выражаем d₂:

,

по ГОСТ 8734-75 подбираем диаметр и толщину труб d₂ = 60 мм, а толщина 2.5 мм.

Теперь можно рассчитать эквивалентный диаметр:

d_экв = d₂ - d₁ = 10 мм.

Прямоток

Анализ теплового баланса.

Уравнение теплового баланса:

Теперь найдем определяющие температуры.

,

так как , то

Физические свойства воды:

Ср₁ = 4.187 кДж/(кг•С)

с_ж1 = 977.8 кг/м³

н_ж1 = 0.415•10^-6 м²/c

л_ж1 = 0.662 Вт/(м•С)

Pr_ж1 = 2.58

Ср₂ = 4.174 кДж/(кг•С)

с_ж2 = 995.7 кг/м³

н_ж2 = 0.805•10^-6 м²/c

л_ж2 = 0.612 Вт/(м•С)

Pr_ж2 = 5.45

Определим Re, Nu и б.

,

следовательно, режим течения турбулентный

Определим Nu:

Определим б:

Определим коэффициент теплопередачи без учета загрязнения.

,

Определим поверхность ТА:

Длину труб секции теплообменного аппарата возьмем равной: l_{1секции} = 6 м.

Число секций:

,

округляем до 22.

Пересчитываем площадь:

Определим коэффициент теплопередачи с учетом загрязнения.

Определим поверхность ТА:

Длину труб секции теплообменного аппарата возьмем равной: l_{1секции} = 6 м.

Число секций:

,

округляем до 53.

Пересчитываем площадь:

Посчитаем коэффициент запаса поверхности:

Графики:

Рис. 1. Прямоток без учета загрязнения. Здесь t1x температура первого теплоносителя, t2x температура второго теплоносителя, ts1температура первой стенки, ts2 температура второй стенки

Рис. 2. Прямоток с учетом загрязнения. Здесь t1x` температура первого теплоносителя, t2x` температура второго теплоносителя, ts1`температура первой стенки, ts2` температура второй стенки

Противоток

Анализ теплового баланса.

Уравнение теплового баланса:

Теперь найдем определяющие температуры.

,

так как

, то

Физические свойства воды:

Ср₁ = 4.187 кДж/(кг•С)

с_ж1 = 977.8 кг/м³

н_ж1 = 0.415•10^-6 м²/c

л_ж1 = 0.662 Вт/(м•С)

Pr_ж1 = 2.58

Ср₂ = 4.174 кДж/(кг•С)

с_ж2 = 995.7 кг/м³

н_ж2 = 0.805•10^-6 м²/c

л_ж2 = 0.612 Вт/(м•С)

Pr_ж2 = 5.45

Определим Re, Nu и б.

,

следовательно, режим течения турбулентный

Определим Nu:

Определим б:

Определим коэффициент теплопередачи без учета загрязнения.

,

Определим поверхность ТА:

Длину труб секции теплообменного аппарата возьмем равной: l_{1секции} = 6 м.

Число секций:

,

округляем до 19.

Пересчитываем площадь:

Определим коэффициент теплопередачи с учетом загрязнения

Определим поверхность ТА:

Длину труб секции теплообменного аппарата возьмем равной: l_{1секции} = 6 м.

Число секций:

,

округляем до 44.

Пересчитываем площадь:

Посчитаем коэффициент запаса поверхности:

Графики:

Рис. 3. Противоток без учета загрязнения. Здесь t1x температура первого теплоносителя, t2x температура второго теплоносителя, ts1температура первой стенки, ts2 температура второй стенки

Рис. 4. Противоток с учетом загрязнения. Здесь t1x` температура первого теплоносителя, t2x` температура второго теплоносителя, ts1`температура первой стенки, ts2` температура второй стенки

теплообменный аппарат прямоточный

Размещено на Allbest.ru