Тепловой и гидравлический расчет теплообменного аппарата воздушного охлаждения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра промышленной теплоэнергетики

Тепловой и гидравлический расчет теплообменного аппарата воздушного охлаждения

Выполнил:

Абдуллин Р.И.

ПТ 10-1

Проверил:

Степанов О.А.

Тюмень 2012



Исходные данные: Массовый расход кг/с, температура газа на входе в АВО , давление газа , температура воздуха на входе в аппарат , расход воздуха (производительность вентилятора) ппппппппппппп м³/с.

Для расчета принимается АВО зигзагообразного типа АВЗ,

число секций -6 шт. в каждой секции 6 рядов труб длиной 8 м., которые образуют один ход со стороны газа;

поверхность теплообмена Н_сек=510м², Н_ап=7500м²;

коэффициент оребрения = 14,6;

число вентиляторов на один аппарат 1 шт.

Общий вид АВО типа АВЗ приведен в Приложение Б4.

Геометрические характеристики оребренных труб следующие:

диаметр оребрения D_ор=56 мм;

наружный диаметр труб d_н=28 мм;

внутренний диаметр труб d_вн=22 мм;

высота ребра h=14 мм;

толщина ребра =0,85 мм;

шаг ребер t=3,5 мм;

теплопроводность ребер Вт/(мК)

В тепловом расчете требуется определить поверхность охлаждения АВО и сравнить с фактической.

Тепловой расчет сводится к совместному решению уравнения теплового баланса и уравнения теплопередачи

,

где соответственно водяные эквиваленты горячего и холодного

теплоносителей, кДж/с ;

удельные теплоемкости горячего и холодного теплоносителей, кДж/(кг⁰С); тепловой температура газ труба

разности температур горячего и холодного теплоносителей,⁰С.

;

-начальные температуры горячего и холодноготеплоносителей,⁰С;

конечные температуры горячего и холодного теплоносителей,⁰С;

коэффициент полезного действия теплообменного аппарата (как правило, в расчетах принимается равным единице);

KH водяной эквивалент поверхности теплообмена, кВт/⁰С;

K коэффициент теплопередачи, кВт/(м^{2 0}С);

Н поверхность теплообмена, м²;

- средняя разность температур процесса теплопередачи, ⁰С.

Для газа (метан):

При Р₁=3,5МПа,

Теплофизические характеристики соответственно равны: кДж/(кгК) (Приложение А3); Вт/(мК); м²/с (Приложение Б1); =20,325 кг/м³;

Для воздуха:

При (Приложение Б1) кг/м³; кДж/(кгК); м²/с; Значение критерия Прандтля для воздуха из Приложения Б3. Коэффициент теплопроводности определяется по значению критерия Прандтля



.

На основании данных работающих АВО и справочных рекомендаций охлажденный газ на выходе должен превышать температуру воздуха на выходе 10-15 ⁰С. Согласно этого принимается t₂=40 ⁰C (температура газа выходящего из АВО).

Определяется тепловой поток передаваемый от газа в АВО из уравнения:

кВт

Определяется температура воздуха выходящего из АВО по уравнению:

⁰С

Теплоемкость природного газа (метана) принимается из Приложение А3.

Теплоемкость воздуха принимается температуре воздуха (заданой).

Теплофизические свойства газа (метан) и воздуха выбираются при средней температуре соответствующих теплоносителей.

Средняя температура газа:

⁰С.

Средняя температура воздуха:



⁰С.

Определяется средняя скорость газа в АВО:

м/с

где площадь поперечного сечения со стороны газа, м²

Определяется критерий Рейнольдса при движении газа:

Для определения среднего по длине трубок коэффициента теплоотдачи рекомендуется следующее уравнение подобия.

Определяется критерий Нуссельта для газа:

Коэффициент теплоотдачи со стороны газа определяется:

Вт/(м²К)

Вт/(м²К)

Определяется скорость воздуха в узком сечении секции АВО:



м/с

где А коэффициент, зависящий от типа аппарата и коэффициента оребрения труб.

V -объемный расход воздуха на АВО, м³/ч;

k_ж= коэффициент, учитывающий наличие жалюзи, принимается у всех аппаратов воздушного охлаждения К_ж=0,94.

Определяется критерий Рейнольдса при движении воздуха:

,

где наружный диаметр трубы, м;

высота ребра, м;

шаг ребер, м.

Определяется критерий Нуссельта для воздуха

Определяется коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха:

Вт/(м²К)

Вт/(м²К)

а) Средняя разность температур теплоносителей определяется



где и наибольшая и наименьшая разности температур определяются по уравнениям:

Среднеарифметическая разность температур определяется:

Характеристическая разность температур определяется:

,

где =0,64 индекс противоточности схемы ТА.

После подстановки соответствующих значений имеем:

.

Определяется начальная разность температур:

Определяется конечная разность температур:



Определяется средняя разность температур теплоносителей:

б) общепринятая методика (провести расчет) и сопоставить полученные значения средних разностей температур.

Расчет средней разности температур можно определить по уравнению:

Коэффициент эффективности ребра Е определяется по уравнению (10):

Расчетный или приведенный коэффициент теплоотдачи от ребристой поверхности к воздуху, отнесенной к внешней поверхности нагрева и учитывающий неравномерность теплообмена по поверхности ребра, определяется из уравнения:

Вт/(м²К)

Коэффициент теплопередачи для чистой ребристой трубки, отнесенной к ребристой поверхности, определяется из уравнения:



где коэффициент теплоотдачи от газа к стенке трубок, Вт/(м²К);

толщина и коэффициент теплопроводности материала стенки трубки;

коэффициент оребрения;

расчетный или приведенный коэффициент теплоотдачи от ребристой поверхности к воздуху, Вт/(м²К)

Вт/(м²К)

Определяется требуемая (расчетная) поверхность теплообмена АВО

м²

Фактическая поверхность теплообмена у существующего АВО составляет м² Расхождение расчетного значения с фактическим составляет 5%. Эффективность теплообменного аппарата.

Эффективность теплообменного аппарата из уравнения теплового баланса водяные эквиваленты соответственно равны ; , тогда по уравнению (1.2)



по уравнению (1.4)

Следовательно расчет верен.

После проведения теплового расчета необходимо определить затраты мощности на прокачку теплоносителя по трубам.

Гидравлический расчет теплообменного аппарата.

При движении жидкости по трубам часть мощности расходуется на преодоление линейных и местных гидравлических сопротивлений. Линейное сопротивление или сопротивление трения определяют по формуле Дарси:

где коэффициент сопротивления трения по длине трубы;

длина трубы;

внутренний диаметр трубы, м;

скорость движения теплоносителя;

плотность газа, кг/м³.

Коэффициент сопротивления для турбулентного режима движения газа при определяется из уравнения Блазиуса:



Определяются гидравлические потери на трение в трубах из уравнения:

Местные сопротивления обусловлены наличием вентилей, задвижек, сужений, расширений, поворотов. Потери напора в местных сопртивлений определяются из уравнения:

где сумма коэффициентов местных сопротивлений складывается из:

вход в секции АВО;

вход в трубки;

выход из трубок;

выход из секций АВО;

шаровой кран 2 шт. на входе и выходе из АВО;

Полная потеря напора в АВО со стороны газа

По заданию давление газа на входе в АВО В АВО полная потеря давления из расчета составляет , Таким образом, на выходе из АВО давление газа будет

Размещено на Allbest.ru