Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Техническая термодинамика и теплопередача. Методические рекомендации
.pdf
21
м
dz
F
l
срTP
H
тр
,
(2.24)
Длина трубок ТОА
0,500
0,540
0,580
0,600
0,600
Скорость движения воды в межтрубном
пространстве
2,003
1,920
1,849
1,816
1,816
Проходное сечение межтрубного пространства без перегородок
МТ
f
0,0490
0,0529
0,0568
0,0588
0,0588
Проходное сечение межтрубного пространства
пр
f
0,002407
0,002511
0,002607
0,002654
0,002654
Приведенная длина пути охлаждаемой воды
пр
l
0,226
0,234
0,242
0,246
0,246
Расстояние между перегородками
пер
h
0,100
0,108
0,116
0,120
0,120
Число Рейнольдса для охлаждаемой жидкости
co
Re
155289
148871
143339
140849
140849
Эквивалентный диаметр
экв
d
0,0280
0,0280
0,0280
0,0280
0,0280
Плотность теплового потока
q
58254
54533
52807
52365
52332
Температура стенки со стороны охлаждаемой жидкости
CO
CT
t
46,83
43,36
43,08
42,94
42,94
Температура стенки со стороны охлаждающей жидкости
ЗВ
CT
t
46,68
43,22
42,94
42,81
42,81
Число Прандтля стенки со стороны охлаждаемой жидкости
CO
CT
Pr
3,784
4,051
4,073
4,083
4,083
Число Прандтля стенки со стороны охлаждающей жидкости
ЗВ
CT
Pr
3,796
4,062
4,084
4,094
4,094
Критерий Нуссельта для охлаждающей
жидкости
Nuзв
68,36
75,81
74,54
74,44
74,39
Коэффициент теплоотдачи от стенки забортной воде
зв
2999
3326
3270
3266
3264
Критерий Нуссельта для охлаждаемой жидкости
Nuсо
70,77
60,14
57,79
57,11
57,08
Коэффициент теплоотдачи от охлаждаемой
жидкости стенке
со
1705
1449
1392
1376
1375
Коэффициент теплопередачи
k
1099
1029
996
988
988
Площадь поверхности охлаждения
Fн
0,944
1,009
1,042
1,050
1,051
Необходимая длина трубок ТОА
lтр
0,541
0,578
0,597
0,602
0,603
Необходимая длина трубок ТОА (округляем)
lтр
0,540
0,580
0,600
0,600
0,600
ПУ
d
ПУЗВ
ЗВ
ПУ
G
d
4
Если полученная длина ТОА не совпадает с принятой длиной, то во втором приближении используют длину, полученную в предыдущем расчете, и
производят расчет заново. Начиная со второго приближения расчет числа Нуссельта для охлаждающей жидкости и охлаждаемой жидкости, следует производить с учетом температур стенок трубок.
Результаты приближений представлены в табл. 2:
Таблица 2
3. КОМПОНОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ ТОА
Условный диаметр
жидкости:
входного и выходного патрубков охлаждаемой
22
Скорость движения охлаждающей жидкости в патрубках считают равной
с
м
ЗВПУ
,
ПУ
d
со
d
соСО
со
со
G
d
4
со
d
с
м
ПУСО
,
внВК
Dx 3,0
)(2
KPBKTPТОА
xlL
мм
KP
6
мм
d
н
58
Наименование конструктивного параметра
Параметр
Внутренний диаметр корпуса
вн
D
, мм
210,0
Способ разбивки трубок
по треугольнику
Шаг разбивки S, мм
24
Материал трубок
медь
Форма трубок
прямые
Диаметр трубок, мм
н
d
=16,
в
d
=14
Число отверстий для трубок в доске
37
Число трубок
37
Полезная длина трубки, мм
1650
Поверхность охлаждения, м
2
2,871
Число ходов охлаждаемой жидкости
5
Число ходов охлаждающей жидкости
3
Диаметр
ПУ
d
патрубков подвода и отвода охла-
ждающей жидкости, мм.
50,8
Диаметр
со
d
патрубков подвода и отвода охлаждае-
мой жидкости, мм
76,2
Осевой размер водяной камеры ТОА по забортной
воде
ммDx
внВК
,3.0
495
Длина ТОА по крышкам
ммxlL
KPBKTPТОА
),(2
при толщине крышки 6 мм
2652
скорости в трубах:
Условный диаметр
. Округляют
входного и выходного патрубков внутреннего контура:
. Округляют
до стандартного значения.
до стандартного значения.
Скорость движения охлаждаемой жидкости в патрубках считают равной
скорости в межтрубном пространстве:
Осевой размер водяной камеры ТОА по забортной воде
Длина ТОА по крышкам
при толщине крышки
. Толщина трубной доски
.
По результатам теплового и конструктивного расчета в пояснительной
записке выполняют конструктивную схему разработанного водоводяного
ТОАа, а в таблицу, пример которой представлен ниже, сводят следующие величины, необходимые для его конструирования:
Таблица 3
В табл.3 даны сведения из примера расчета ТОА двигателя мощностью
100 кВт. По этим данным выполняется чертеж спроектированного ТОА.
После чего проводится гидродинамический расчет ТОА.
4. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТОА
23
Обычно увеличение коэффициентов теплопроводности
1
2
СО
р
СО
р
мтр
рp
тр
р
тр
р
СО
2
2
экв
d
l
СО
СО
25,0
Re
3164,0
СО
СО
внcoТР
Dnll
TP
l
м
2
Eu
м
Eu
и
связано с
увеличением гидравлического сопротивления, а следовательно, и с увеличением затраты мощности на прокачку воды через ТОА.
Гидравлические сопротивления, как и коэффициент теплопередачи, зависят от скорости жидкостей в аппарате. С увеличением скорости возрастает коэффициент теплоотдачи, что приводит к уменьшению площади поверхности
теплообмена, но одновременно увеличивается гидравлическое сопротивление,
что обусловливает возрастание затрат энергии на обеспечение движения жидкостей в теплообменном аппарате. В связи с этим скорости жидкостей в ТОА
выбирают в пределах, исходя из стоимости теплообменного аппарата и стоимости энергии на привод насоса, обслуживающего ТОА.
Гидравлическое сопротивление элементов ТОА определяет мощность N
на покачивание теплоносителей
Полное гидравлическое сопротивление
аппарата при неизотерми-
ческом движении теплоносителя через ТОА определяем по формуле:
=
(4.1)
где
Здесь:
— сопротивление трения, Па,
=
— коэффициент сопротивления трения.
(4.2)
Коэффициент сопротивления трения
зависит от режима течения теп-
лоносителя, чистоты поверхности и направления теплового потока. Для турбулентного режима при высоте выступов шероховатости меньше толщины пограничного слоя коэффициент трения вычисляют по формуле
(4.3)
В зависимости (4.2)
ждающей трубки),
;
— плотность теплоносителя при его средней темпера-
— длина канала (
— длина охла-
туре (определяется по приложению 6); — скорость движения теплоносителя.
При поперечном обтекании пучков труб гидравлические сопротивления
рассматривают как суммарное сопротивление трения и местных сопротивлений. При этом основную долю составляют местные сопротивления расширения
и сужения потока. Гидравлические сопротивления различных пучков труб при
поперечном их обтекании определяем по формулам приложения 7. В зависимости от условий, воспользовавшись одной из формул приложения 7, находим,
что
Па — местное сопротивление,
— число Эйлера, получен-
ное из расчета по формуле, выбранной для заданного ТОА).
Местные сопротивления, связанные с изменением направления движения
потока, огибанием перегородок, входом и выходом из межтрубного потока и
т.п. определяем:
24
2
2
мм
P
ЗВ
р
мтр
рp
тр
р
ЗВ
2
2
в
d
l
ЗВ
25,0
Re
316,0
ЗВ
ЗВ
2
2
мм
P
сон
сосо
сон
рG
P
звн
звзв
звн
рG
P
(4.4)
где
— коэффициент местных сопротивлений (определяется по прило-
м
жению 8)
Для охлаждающей жидкости, проходящей в ТОА при турбулентном неизотермическом потоке, полное гидравлическое сопротивление:
=
, (4.5)
Сопротивление трения определяется по формуле:
=
— коэффициент сопротивления трения.
(4.7)
(4.6)
Местные сопротивления — участки в трубопроводе сравнительно небольшой протяженности, где происходит существенное изменение сечений потока воды или его направления. Это сопровождается, как правило, интенсивным вихреобразованием и появлением местной потери напора.
Местные сопротивления определяемся по формуле 4.8
(4.8)
где
— коэффициент местных сопротивлений (см. приложение 8)
м
Определив полное гидравлическое сопротивление теплообменного аппа-
рата, и зная массовый расход жидкости, находят мощности насосов, необходимые для прокачки жидкостей через аппарат.
Для охлаждаемой жидкости:
(4.9)
Для охлаждающей жидкости:
(4.10)
5. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ
РАЗРАБОТАННОГО ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА
25
Гидравлическое сопротивление элементов ТОА определяет мощность N
ЗВCO
H
PP
Q
E
с
м
,
ЗВCO
COCO
ох
TT
TT
Км
Вт
TF
Q
k
ср
H
H
2
;
Ккг
Вт
Тm
Q
k
m
н
m
ТП
;
кгlzFm
тртрсечст
ТП
;
222
);(
4
мddF
внсеч
Км
Вт
ТV
Q
k
m
н
V
ТП
3
;
АП
V
32
;)(60sin65,0 мldSaV
трн
АП
3
; мVVV
ТР
АП
ТП
ТР
V
3
2
;4мlz
d
V
тртр
н
ТР
1;
м
V
F
k
ТП
FV
н
на покачивание теплоносителей. Рациональным будет такой теплообменник, в
котором на единицу переданной теплоты Q от одного теплоносителя к другому
затрачивается минимально возможная мощность Р.
Совершенство теплообменной поверхности можно охарактеризовать от-
ношением теплового потока Q через данную поверхность теплообмена к мощности N, затраченной на прокачку теплоносителя.
Энергетическая эффективность ТОА, т.е. соотношение между тепловым
потоком и затратами мощности на прокачку обоих теплоносителей
(5.1)
Энергетически выгоднее, когда процесс теплообмена протекает при
меньших скоростях движения теплоносителя
при одновременном увели-
чении поверхности теплообмена F.
Тепловая эффективность ТОА (степень охлаждения)
(5.2)
Интенсивность теплопереноса через единицу теплопередающей поверх-
ности (коэффициент теплопередачи)
(5.3)
Степень конструктивного (массового) совершенства ТОА (коэффициент
использования массы):
(5.4)
где масса теплопередающей поверхности, т.е. масса трубного пучка с трубными
решетками, перегородками, уплотнителями и крепежными деталями
объема)
Степень габаритного совершенства ТОА (коэффициент использования
(5.5)
где:
— объем трубного пучка,
,
— объем, занимаемый трубками:
Компактность ТОА:
(5.6)
26
Для рассматриваемого примера, используя формулы 5.1–5.6 получаем
1812
21,2914,1
55000
ЗВCO
H
PP
Q
E
212,0
2288
7488
ЗВCO
COCO
ох
TT
TT
Км
Вт
k2361
Ккг
Вт
Тm
Q
k
m
н
m
ТП
99,40
99,52317,25
55000
кгlzFm
тртрсечст
ТП
317,2565,13700004712,08800
222
00004712,0)(
4
мddF
внсеч
Км
Вт
ТV
Q
k
m
н
V
ТП
3
49605
99,520209,0
55000
3
0209,00123,00332,0 мVVV
ТР
АП
ТП
32
0332,065,1)016,0024,03(60sin65,0)(60sin65,0 мldSaV
трн
АП
3
2
2
0123,065,137
4
016,014,3
4
мlz
d
V
тртр
н
ТР
1
137
0209,0
871,2
м
V
F
k
ТП
FV
н
следующие величины, характеризующие эффективность разработанного ТОА.
Энергетическая эффективность ТОА:
Тепловая эффективность ТОА(степень охлаждения):
Интенсивность теплопереноса через единицу теплопередающей поверхности (коэффициент теплопередачи)
Степень конструктивного (массового) совершенства ТОА (коэффициент
использования массы):
где масса теплопередающей поверхности, т.е. масса трубного пучка с трубными
решетками, перегородками, уплотнителями и крепежными деталями
Степень габаритного совершенства ТОА (коэффициент использования
объема)
Компактность ТОА
27
t
Графики для определения поправочного коэффициента
сложных схем теплообменников
Приложение 1
=f (P, R) для
28
Титульный лист «Пояснительная записка к курсовой работе»
(образец)
МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО
ТРАНСПОРТА
Кафедра "Судовые энергетические установки и автоматика"
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОЙ РАБОТЕ
ПО ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ
по II части курса ТОСЭ (Теплотехника)
Тема__________________________________________
______________________________________________
Студент _______________группы_______
Руководитель_______________________
Москва 201__г.
Приложение 2
29
Приложение 3
Рис.П.1 Охладитель воды
Охладители
Охладители воды для дизелей и газовых двигателей выпускаются в
соответствии с ГОСТ 13211–80. В охладителях воды в качестве теплообменных
элементов используются:
при охлаждении горячего теплоносителя пресной водой — медные трубы,
оребренные поперечно–винтовой накаткой;
при охлаждении горячего теплоносителя морской водой — биметалличе-
ские трубы, оребренные поперечно–винтовой накаткой, с алюминиевым оребрением и внутренней трубой из сплава МНЖМцЗО–1–1. В охладителях воды в качестве теплообменных элементов используются соответственно гладкие медные или мельхиоровые (МНЖМцЗО–1–1) трубы с наружным диаметром 12 и
внутренним — 10 мм. Характеристики теплообменных труб приведены в при-
ложениях 4 и 5.
Конструкция охладителя воды (ТОА) показана на рис.А.1. ТОА для воды
выпускаются кожухотрубчатой конструкции с сегментными перегородками с
подвижной трубной доской одно– и двухходовые по воде. Разбивка трубных досок выполняется по равностороннему треугольнику с шагом 20 мм для охладителей воды. Охладители воды выпускаются трех типоразмеров с внутренним
диаметром корпуса 0,245, 0,375, 0,49 м с лапами для установки или без них.
Внутри каждого типоразмера выпускаются модификации охладителей с различными длинами теплообменных труб и количеством перегородок.
В качестве теплообменных элементов в ТОА используются гладкие трубы.
В приложении 4 приведены технические характеристики выпускаемых унифицированных охладителей воды.
Кожухотрубные ТА используют в системах охлаждения стационарных,
тепловозных и судовых двигателей внутреннего сгорания. На рис. показан
общий вид кожухотрубного двухходового охладителя воды (0В) БМЗ, а в
табл. 1.23 приведена техническая характеристика типоразмерного ряда 0В.
30
Техническая характеристика 0В, изготовленных БМЗ.
Тип охладителя
тр
n
1
n
L
, м
F
,
2
м
m
, кг
10В. 000:
62
0,75
14
01; 11;
02; 12;
04; 14;
05; 15;
06; 16
4
6
6
8
12
0,322
0,446
0,568
0,784
0,928
0,75
1,04
1,32
1,83
2,17
14
17
23
24
27
20В.000:
00; 10; 20; 30; 40; 50;
01; 11; 21; 31; 41; 51;
02; 12; 22; 32; 42; 52;
03; 13; 23; 33; 43; 53
164
3
5
7
9
0,438
0,650
0,862
1,074
2,72
4,06
5,40
6,74
87
105
122
140
З0В.000:
00; 10; 20; 30;
02; 12; 22; 32;
03; 13; 23; 33;
04; 14; 24; 34;
05; 15; 25; 35;
06; 16; 26; 36;
07; 17; 27; 37;
08; 18; 28; 38
416
2
3
4
5
7
7
8
9
0,482
0,638
0,794
0,950
1,106
1,208
1,418
1,574
7,6
10,1
12,6
15,1
17,6
19.1
22,4
24,9
193
226
260
290
324
350
390
410
40В.000:
00
01
716
1
3
0,694
1,212
18,7
27,2
420
584
40В.01.000
716
2 - 15,6
390
тр
n
1
n
Рис. П.2. Общий вид кожухотрубного охладителя воды типа
БМЗ:
1 — неподвижная трубная решетка; 2 — трубная система; 3 —
уплотнение зазора кожух - перегородка; 4 — подвижная трубная
решетка; 5 — узел уплотнения; 6
— камеры охлаждающей воды; 7
— кожух; 8 — уплотнение зазора
кожух — трубный пучок
Примечания:
1. Величины
пространстве, L— рабочая длина труб, m — масса.
2. Охладители 10В.000-01...-06 предназначены для работы на пресной воде, 10В.000-11...16 — на морской воде. Для них указана масса m трубного пучка в сборе с трубными решетками и перегородками. Два трубных хода.
3. Охладители 20В.000-00...-03; -10...-13; -40...-43; -50...-53 предназначены
для работы на морской воде, остальные охладители этого типоразмерного ряда
- на пресной воде. Охладители 20В.000-00...-03; -10...-13; -20...-23 имеют два
трубных хода, остальные охладители этого типоразмерного ряда — один.
охладители этого типоразмерного ряда — один. Охладители З0В.000-00...-08, -10...-
4.Охладители З0В.000-00...-08, -20...-28 имеют два трубных хода, остальные
— число труб,
— число перегородок в межтрубном
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]