2.2 Выбор геометрических характеристик испарителя

Принимая в основу расчетов схему теплообменника-испарителя по типу, представленному на Рисунке 1, задаемся произвольным значением скорости жидкого теплоносителя в пределах ω_к = (1…3) м/с.принимаем в зависимости отпо графику (рис. 5).

Рисунок 4 – конструктивные размеры теплообменника-испарителя

Рисунок 5 – Зависимость расхода кислорода от диаметра трубки

Тогда:

В соответствии с принятой схемой (Рисунок 4) определяем геометрические характеристики тракта парогаза:

Расстояние между витками пучка:

Расстояние между рядами в пучке:

Диагональный шаг труб в пучке:

Площадь сечения кожуха:

Площадь загромождения:

;

Искомая площадь межтрубного пространства:

2.3 Определение коэффициентов теплоотдачи по участкам

Определяем среднюю скорость парогаза в межтрубном пространстве на основе полученных ранее данных с учетом того, что парогаз – это газовая смесь. В расчетах плотности смеси принимаем, что давление смеси составляет приблизительно 0,9р_вх, а температура равна средней между температурами парогаза на входе и выходе из испарителя.

Определяем теплофизические свойства парогаза для данного давления и данной температуры смеси по следующим формулам:

.

;

;

;

Коэффициенты теплоотдачи от парогаза к наружным стенкам трубок определяются по формулам для пучка трубок в зависимости от величины.

, тогда коэффициент теплоотдачи равен:

Cz – поправка на число рядов трубок.

z=3, тогда Сz=0,85

;

;

;

Ввиду малого диапазона изменения параметров парогаза, коэффициенты теплоотдачи от парогаза к трубам принимаем на всех участках одинаковыми:

.

Коэффициент теплоотдачи от стенок трубки к жидкому кислороду на Iучастке находим по формуле:

.

Коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к кипящему кислороду (зона парообразования) на участке II определяем по формуле:

Все величины берутся при среднем давлении кислорода на II участке и соответствующей ему температуре насыщения. Удельный тепловой поток q на участке задается равным . Теплоту парообразования вычисляем по формуле:

;

;

Коэффициент теплоотдачи от стенок трубки к парообразному кислороду на участке III определяем по формуле:

.

2.4 Определение коэффициентов теплоотдачи на участках испарителя

Коэффициенты теплоотдачи на каждом участке находим по формулам:

Проверка:

2.5 Определение площади наружной поверхности теплообмена испарителя

Общая необходимая площадь наружной поверхности теплообмена (поверхность трубок) на участках определяется по формуле:

Длина трубки на участках вычисляется по соотношению:

Суммарная длина трубок:

Число витков:

Это число определяет возможную длину испарителя.

3 Гидравлический расчет теплообменника испарителя

I участок:

II участок:

III участок:

Определяем потери давления в трубках на каждом участке:

, где коэффициент находится при изометрическом турбулентном течении в гладких трубах приRe>:

;

;

;

Общее падение давления в трубах при заданном расходе кислорода:

;

Расчет гидравлических потерь на стороне парогаза проводим по формуле:

Принимаем С₁=С₂=0,65.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе был произведен тепловой и гидравлический расчет теплообменного аппарата. Для заданных параметров рабочего тела определены оптимальные размеры каждого участка теплообменника –испарителя.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Эккерт Э., Дрейк Р. Теория тепло-массообмена. – М.: Госэнергоиздат,1961

2. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. - М.: Госэнергоиздат, 1962.

3. Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. М.: Госэнергоиздат, 1969.

4. Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике / Под ред. В.К. Кошкина. М.: Машиностроение, 1975.