Расчетно-графическая работа - Тепловой и гидравлический расчет кожухотрубчатого теплообменника - файл n1.doc

приобрести
Расчетно-графическая работа - Тепловой и гидравлический расчет кожухотрубчатого теплообменника
скачать (115.1 kb.)
Доступные файлы (2):
n1.doc253kb.06.02.2010 15:50скачать
n2.dwg

n1.doc



Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский национальный технический университет

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Кафедра “ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА И ТЕПЛОТЕХНИКА
Группа 106422

РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА



ТЕПЛОВОЙ И ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ КОЖУХОТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА
по дисциплине “Теплопередача”


Исполнитель:

Руководитель:

Минск 2004 г.

СОДЕРЖАНИЕ


Введение
Задание

  1. Поверочный расчёт кожухотрубчатого теплообменного аппарата

  2. Гидравлический расчёт теплообменного аппарата .

3. Заключение.

Литература
Общее количество листов: 13

Введение
Общие сведения.

Классификация теплообменных аппаратов

Теплообменники это устройства, в которых теплота переходит от . одной среды к другой.

Теплообменные аппараты (теплообменники) представляют собой устрой­ства, предназначенные для передачи тепла от одной рабочей среды (тепло­носителя) к другой. Теплоносители могут быть газообразными, жидкими и твердыми. Теплообменники имеют различные назначения. В них мо­гут протекать процессы нагревания, охлаждения, кипения, конденсации, расплавления и затвердевания. А также сложные термохимические процессы: выпаривание, ректификация, полиме­ризация, вулканизация и многие дру­гие.

По характеру обмена теплом теплообменные аппараты разделяются на:

-поверхностные;

-смеси­тельные.



Одним из наиболее важных и часто используемых в технике процессов является теплообмен между теплоносителями. Например, получение пара при заданных параметрах в современном парогенераторе основано на процессе передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. В конденсаторах и градирнях тепловых электростанций, воздухоподогревателях доменных печей и многочисленных теплообменных устройствах химической промышленности основным рабочим процессом является процесс теплообмена между теплоносителями.

По принципу действия теплообменные аппараты могут быть разделены на:

- рекуперативные;

- регенеративные;

-смесительные.
Выделяются еще теплообменные устройства, в которых нагрев или охлаждение теплоносителя осуществляются за счет внутренних источников теплоты.

Рекуперативные теплообменные аппараты представляют собой устройства, в которых две жидкости с различными температурами текут в пространстве, разделенном твердой стенкой. Теплообмен происходит за счет конвекции и теплопроводности стенки. Ту часть теплообменника, в которой происходит процесс передачи теплоты, называют теплопередающей матрицей. Подвод теплоносителей к матрице и отвод их осуществляется по входному и выходному коллекторам. В зависимости от направления движения теплоносителей рекуперативные теплообменники могут быть прямоточными при параллельном движении теплоносителей в одном направлении, противоточными при параллельном встречном движении и перекресточными при взаимно перпендикулярном движении.

В матрице теплоносители могут содержать, совершать один или несколько ходов. В соответствии с этим теплообменники называют, например, одноходовым по горячему теплоносителю и двухходовым по холодному теплоносителю. При увеличении количества ходов возрастает скорость движения теплоносителя, что ведет к интенсификации теплообменника.

Конвекция теплоты - процесс переноса теплоты макрочастицами . жидкости в пространстве из области с одной температурой в область с другой температурой.
Конвекция возможна только в текучей среде, в которой перенос теплоты неразрывно связан с переносом самой среды.

Конвективный теплообмен между потоками жидкости и поверхностью соприкасающегося с ним тела называется конвективной теплоотдачей.

При расчетах теплоотдачи используют закон Ньютона-Рихмана:



В зависимости от физических свойств жидкостей процесс теплообмена может протекать различно и своеобразно. Особенно большое влияние оказывают коэффициент теплопроводности, удельная теплоемкость, коэффициент температуропроводности и коэффициент вязкости.

Процесс теплоотдачи при течении жидкости в трубах является более сложным по сравнению с процессом теплоотдачи при омывании поверхности неограниченным потоком. Поперечное сечение трубы имеет конечные размеры. В результате, начиная с некоторого расстояния от входа, жидкость по всему поперечному сечению трубы испытывает тормозящее действие сил вязкости, происходит изменение температур жидкости как по сечению, так и по длине канала. Всё это сказывается на теплоотдаче.

Течение жидкости может быть ламинарным и турбулентным. О режиме течения в трубах судят по значению числа Рейнольдса:

Теплообменные устройства сравнительно редко выполняются из одной поперечно-омываемой трубы, обычно трубы собирают в пучок. В технике часто встречаются два основных типа трубных пучков: шахматный и коридорный.

Течение жидкости в пучке имеет достаточно сложный характер. Рядом стоящие трубы пучка оказывают воздействие на омывание соседних. Обычно пучок труб устанавливают в каком-либо канале, поэтому движение в пучке может быть связано с течением в канале. Известны два основных режима течения жидкости: ламинарный и турбулентный. Форма течения жидкости в пучке во многом зависит от характера течения в канале перед пучком. Если при данном расходе и температурах течение в канале, где установлен пучок, турбулентное при отсутствии пучка, то оно будет обязательно турбулентным и в пучке, так как пучок является прекрасным турбулизатором. Однако, если пучок помещён в канале, в котором до его установки имел место ламинарный режим течения, то в этом случае в зависимости от числа Re можно иметь как одну, так и другую форму течения.

В настоящее время наиболее изученным является смешанный режим, который часто встречается в технике. Смешанному режиму соответствует числа Re от 1000 до 100000. Рассмотрим его основные особенности.

Омывание первого ряда труб и шахматного и коридорного пучков аналогично омыванию одиночного цилиндра. Характер омывания остальных труб сильно зависит от типа пучка. В коридорных пучках все трубы второго и последующих рядов находятся в вихревой зоне впереди стоящих труб, причём циркуляция жидкости в вихревой зоне слабая, так как поток в основном проходит в продольных зазорах между трубами (“в коридорах”). Поэтому в коридорных пучках как лобовая, так и кормовая часть трубок омываются со значительно меньшей интенсивностью, чем те же части одиночной трубки или лобовая часть трубки первого ряда в пучке. В шахматных пучках характер омывания глубоко расположенных трубок качественно мало отличается от характера омывания трубок первого ряда.

Теплоотдача пучков труб зависит также от расстояния между трубами, которое принято выражать в виде безразмерных характеристик s1/d и s2/d, называемых соответственно относительными поперечным и продольным шагами.

Физическое описание кожухотрубчатого теплообменника.

Кожухотрубчатые теплообменники - аппараты, выполненные из / пучков труб, собранных при помощи трубных решеток, и ограниченные кожухами и крышками со штуцерами.
Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены, а каждое из этих пространств может быть разделено при помощи перегородок на несколько ходов.

Перегородки устанавливаются с целью увеличения скорости и интенсивности теплообмена теплоносителей. Теплообменники этого типа предназначаются для теплообмена между различными жидкостями, между паром и жидкостями или между жидкостями и газами. Они применяются тогда, когда требуется большая поверхность теплообмена.

Трубки теплообменников изготавливают прямыми, поэтому они легко доступны для очистки и замены в случае течи.

В большинстве случаев греющий теплоноситель вводится в межтрубное пространство, а нагреваемая жидкость протекает по трубам. Конденсат из межтрубного пространства выходит к конденсатоотводчику через штуцер, расположенный в нижней части кожуха.

Для компенсации температурных удлинений, возникающих между кожухом и трубками, предусматривается возможность свободного удлинения труб за счет различного рода компенсаторов.

Кожухотрубные аппараты могут быть:

-вертикальными;

-горизонтальными.



Вертикальные аппараты имеют большее распространение, так как они занимают меньше места и более удобно располагаются в рабочем помещении. Для удобства монтажа и эксплуатации максимальную длину трубок для них следует брать не больше 5 м.

Во избежание резкого снижения теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке в корпусе теплообменника должны быть предусмотрены краны для выпуска воздуха как из нижней части аппарата над поверхностью конденсата, так и из верхней его части.

Кожухотрубные аппараты выполняются с горизонтальным и вертикальным расположением корпуса. Обычно корпус расположен горизонтально в аппараты типа жидкость-жидкость. Трубный пучок здесь прямотрубный, трубки жестко заделываются в трубные доски.

Компенсация тепловых расширений корпуса относительно трубного пучка обеспечивается компенсатором тепловых удлинений.

В межтрубном пространстве при течении жидкости для организованного эффективного поперечного обтекания трубного пучка устанавливаются промежуточные перегородки.


Задание

Выполнить поверочный тепловой и гидравлический расчёты нормализованного кожухотрубчатого теплообменного аппарата по ГОСТ 14245- , 14246- , 14247-79, предназначенного для нагрева масла типа МК в количестве G2=6 кг/с от начальной температуры до . Нагрев осуществляется водой с начальной температурой и конечной .

1. Поверочный расчёт кожухотрубчатого теплообменного аппарата


  1. Определение тепловой нагрузки :



Вт


  1. Определим расход воды из уравнения теплового баланса :


= 1,54 кг/с


  1. Определение среднелогарифмической разности температур :


= 78,3



  1. Ориентировочный выбор теплообменника. В трубное пространство с меньшим проходным сечением целесообразно направить теплоноситель с меньшим расходом, т.е. горячий раствор. Это позволит выровнять скорости движения теплоносителей и соответвующие коэффициенты теплоотдачи , увеличивая таким образом коэффициент теплопередачи . Кроме того , направляя поток холодной жидкости в межтрубное пространство , можно отказаться от теплоизоляции кожуха теплообменника.

По рекомендации МВФ ГродНИИ, оптимальные скорости для трубного пространства 1<=<=2,5 м/с, для межтрубного пространства 0,5<=<=1,2 м/с. На основании этих рекомендаций принимаем скорость масла = 0,5 м/с, а скорость воды в трубах =1 м/c.

  1. Находим ориентировочные величины проходных сечений трубного и межтрубного пространства:


Sт = GВ / () = 1,54 / (9171) = 0,0017 м2;
Sмтр = GМ / () = 6 / (862,10,5) = 0,014 м2;

6. Примем ориентировочный коэффициент теплопередачи


7.Ориентировочное значение поверхности теплообмена :


8. Число труб определим из формулы :
Sт = () / 4 ;

Отсюда n = (4ST)/ () = 5,41 ; принимаем n =6;

9. Выбираем теплообменник по табл. 2.4.Принимаем следующие параметры:

, , , ,F =46 м2

площадь сечения одного хода по трубам – 0,012 м2;

площадь самого узкого сечения в межтрубном пространстве – 0,020 м2;

10. Уточнённый расчёт поверхности теплопередачи :






11.Коэффициент теплоотдачи воды:
0,023 Re0,8Pr0,4 = 13130,2
12.
= 111;

13. Коэффициент теплоотдачи масла:
0,34 Re0,5Pr0,36 = 363,12
14. Термические сопротивления .
15.Сумма термических сопротивлений стенки и загрязненной воды равна:

16.Коэффициент теплопередачи равен

17.С учётом поправки ориентировочная поверхность составит :

при этом запас

Из выбранного ряда подходит теплообменник с трубами длиной 6,0 м и номинальной поверхностью



  1. Гидравлический расчёт теплообменного аппарата


Скорость жидкости в трубах :

n = (4ST)/ () =(4∙0,012)/(3,14∙0,022)=39 ;
- относительная шероховатость труб;

- высота выступов шероховатостей, в расчётах можно принять ∆=0,02
Коэффициент трения :

Диаметр штуцеров в распределительной камере
;
Скорость в штуцерах :

В трубном пространстве следующие местные сопротивления : вход в камеру и выход из неё , 1 поворот на , четыре входа в трубы и четыре выхода из них .

Гидравлическое сопротивление трубного пространства равно :



= 3759,12 Па

Число рядов труб , омываемых потоком в межтрубном пространстве :
Принимаем m = 4 .
Число сегментных перегородок x =22 .

Диаметр штуцеров к кожухе :

Скорость потока в штуцерах :

Скорость жидкости в самом узком сечении межтрубного пространства площадью равна :

В межтрубном пространстве следующие местные сопротивления : вход и выход жидкости через штуцера , 22 поворотов через сегментные перегородки и 23 сопротивление трубного пучка при его поперечном обтекании

Сопротивление межтрубного пространства равно :







3.Заключение
В результате проведенного проверочного и гидравлического расчетов кожухотрубчатого теплообменника были определены следующие технические параметры:
Площадь поверхности теплообменника,м2 46

Сопротивление трубного пространства,Па 3759,12 Сопротивление межтрубного пространства,Па 13936,7

Наружный диаметр кожуха,мм 426

Внутренний диаметр кожуха,мм 400

Наружный диаметр стенки теплообменных труб,мм 20

Толщина стенки теплообменных труб,мм 2

Длина теплообменных труб,м 6
Литература


  1. Е.А. Краснощеков, А.С. Сукомел

Задачник по теплопередаче. Минск 1969 “Энергия”


  1. С.И. Мочанов

Аэродинамический расчет котельных установок”

Энергоиздат, 1969 г. ;


  1. И.Т. Швец, М.А. Кондак, Н.Ф. Кираковский и др.

Общая теплотехника”. Минск 1961


  1. Исаченко В.П. “ Теплопередача “ : Энергия ,1981 г. ;





Министерство образования Республики Беларусь
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации