Конструкторский расчет теплообменного аппарата - Практическая работа

В водоводяном теплообменнике типа «труба в трубе» определить поверхность нагрева, если греющая вода поступает с температурой t’1 и ее расход равен т1(или скорость равна ?1). Греющая вода движется по внутренней трубе с диаметрами d1 и d2. Нагреваемая вода движется по кольцевому каналу между трубами и нагревается от температуры t’2 до t’’2 . Внутренний диаметр внешней трубы равен D. Потерями от теплообменника в окружающую среду пренебречь. Направление потоков указаны символами >>(прямоток) и ><(противоток).

рекуперативный теплообменный аппарат канал

В водоводяном теплообменнике типа «труба в трубе» определить поверхность нагрева, если греющая вода поступает с температурой t’1 и ее расход равен т1(или скорость равна ?1). Греющая вода движется по внутренней трубе с диаметрами d1 и d2. Коэффициент теплопроводности трубы ?ст.

Нагреваемая вода движется по кольцевому каналу между трубами и нагревается от температуры t’2 до t’’2 . Внутренний диаметр внешней трубы равен D. Расход нагреваемой воды т2(или скорость течения равна ?1).

Потерями от теплообменника в окружающую среду пренебречь.

Физические свойства нагревающей и нагреваемой воды ?1 и ?2 (кг/м3), ?1 и ?2 (м2/с), ?1 и ?2 (Вт/МК) приведены в таблице. Направление потоков указаны символами >>(прямоток) и ><(противоток).

Таблица 1 - Исходные данные: вариант- 6 t1’ t2’ t2” d1 d2 D m1 ?2 ?1 ?2 ?ст ??1 ??2 ?1 ?2

98 17 41 36 39 54 1,0 0,8 0,674 0,62 70 973 995 0,374 0,777

Направление потоков

Расчет теплообменника

1. Характер течения определяется по критерию Рейнольдса

Re=?d/?

Для первого теплоносителя

Re1=?1 d1/?1

Определяем расход воды

G=m/?

G1=m1/ ?1=1/973=0.001м3/с

Скорость потока ?1=G/F

Для кольцевого сечения

F=?(D2-d12)4 ?1=G1/F1=0.001*4/ ?(0.0542-0.0362)=0.78 м/с

Для кольцевого канала находим эквивалентный диаметр dэ= =D d2 dэ=4(3.14*0.0542/4-3.14*0.0362/4)/3.14*(0.054-0.036)=0.093м

Re1=0.78*0.093/0.374*10-6=193957 >4000 поток турбулентный

Для второго теплоносителя

Re2=?2 d2/?2=0.8*0.039/0.777*106=40154 >4000, поток турбулентный

2. Выбор критериального уравнения

Для турбулентного режима (Re>104)

Nu=0.021Re0.8Prж0,43(Prж/Prct)0,25 где Pr=?/a, a=?/c?

Для жидкости a1= ?1/c?1=0.674/973*4190=1.65*10-7 м2/с

Prж1=?1/a1=0,374*10-6/1,65*10-7=2,26

Для стенки аст= ?ст/c?1=70/973*4190=1,71* 10-5 м2/с

Prct1=?1/аст=0,374*10-6/1,71*10-5=0,02

Nu1=0.021*(193957 )0,8*2,260,43( 2,26/0,02)0,25=1651,5

Для кольцевого канала

Nu=0.017Re0.8Prж0,4(Prж/Prct)0,25(D/d2)0.18

Для жидкости a2= ?2/c?2=0.62/995*4190=1.49*10-7 м2/с

Prж1=?2/a2=0,777*10-6/1,49*10-7=5.21

Для стенки аст= ?ст/c?2=70/995*4190=1,68*10-5 м2/с

Prct2=?2/аст=0,777*10-6/1,68*10-5=0,046

Nu2=0.017*40154 0,8*5,210,4( 5,21/0,046)0,25*(0,054/0,039)0,18=546,4

3. Определение Коэффициентов теплоотдачи ?= (Nu* ?)/d ?1= (Nu1* ?1)/d1 =(1651,5*0,674)/0,036=30919,75 Вт/(м2*К) ?2= (Nu2* ?2)/d2=(546,4*0,62)/0,039=8686,35 Вт/(м2*К);

4. Нахождение коэффициента теплопередачи k= k= =710,22 где?1 - коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке;

d1- диаметр внутренней трубы, м ?ст - коэффициент теплопроводности стенки, Вт/(м*К) ?2 - коэффициент теплоотдачи от стенки к холодному теплоносителю d2- диаметр наружной трубы, м

5. Уравнение теплового баланса

Q1=m1C1(t1’-t1’’)=m2C2(t2’’-t2’)

C1=C2 т.к. обе жидкости - вода m1(t1’-t1’’)=m2(t2’’-t2’)

6. Определение конечной температуры t1’’=t1’ - (t2’’-t2’) m= ?*G - массовый расход воды теплоносителя

G= ?*F - расход воды

G2= ?2*F2= ?2*?*d22/4=0.8*3.14*0.0392/4=9,55*10-4 м3/с m2= ?2*G2=995*9.55*10-4=0,95 кг/с t1’’=t1’ - (t2’’-t2’)=98-0,95/1(41-17)=75,2 °С

7. Определение средней логарифмической разности температур

Для прямотока

= =23,63. Вычисление плотности теплового потока в теплообменнике

Q=Kl(t2-t1) т.к. величины имеют данную размерность F[м2], К[Вт/МК], то m1C1(t1’-t1’’)= Kl l= m1C1(t1’-t1’’)/ K =1 *4190(98-75,2)/710,22*23,63=5.7 м

9. Вычисление длины теплообменника и количества секций

Длина теплообменника l=F/?d1=5.7/3.14*0.036=50.42 м

Количество секций

За длину секции примем lc= 1,708м n=l/lc=50.42/1.575=32 секции

1. Теплотехника/ В.Н. Луканин, М.Г. Шатров, Г.М. Камфер - М: Высшая школа, 2008. - 671 с.

2. Лариков, Н.Н. Общая теплотехника/ Н.Н. Лариков. - М: литературы по строительству. 1966. - 446 с.

3. Теплотехника/ под ред. А.П. Баскакова, - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 224 с.

Размещено на