Техническая термодинамика / КОНТРОЛЬНАЯ / Техническая термодинамика 3

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ПЕНЗЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра «Биотехнологии и техносферная безопасность»

Контрольная работа

По дисциплине «Техническая термодинамика и теплотехника»

на тему: «Тепловой и конструктивный расчёт секционного водо-водяного подогревателя теплосети»

Выполнил: студент группы

Проверил: к.т.н., доцент кафедры БТБ

Коростелёва А.В.

Работа защищена с оценкой_____________

Пенза 2013

Задание на контрольную работу по дисциплине:

«Техническая термодинамика и теплотехника»

Студенту группы

1. Тема: Конструктивный и тепловой расчёт секционного водо-водяного подогревателя теплосети.

2. Целевая установка: На основе анализа возможных схем теплообменников, учёта их конструктивных особенностей выбрать оптимальную схему теплообменника и провести конструктивный и тепловой расчёт.

3. Исходные данные:

- схема движения – прямоток;

- производительность, Q =8 ·10⁶ , Дж/с;

- температура греющей воды на входе, t₁′=160 С

- температура греющей воды на выходе, t₁ =140С;

- температура нагревающей воды на входе, t2 =70 C;

- температура нагревающей воды на выходе, t2 =100 C;

- поверхность нагрева (латунные трубки), dвн/ dн =18 / 20 мм;

- теплопроводность материала, ст= 105Вт/ м*К;

- толщина накипи, нак = 0,2 мм;

- теплопроводность накипи, нак=3,49 Вт/ м*К

- КПД ,  = 0,97

4. Содержание курсовой работы (перечень вопросов):

-классификация теплообменных аппаратов;

-анализ аппаратов;

-выбор конструктивной схемы аппарата, материалов;

-конструктивный и тепловой расчёт элементов конструкции.

5.К защите представить:

-пояснительную записку (объём 20-25 листов);

-рабочий чертёж, выполненный на отдельном листе по ГОСТу;

-таблицы (графики).

6. Список используемой литературы.

Расчет производим с учётом, что греющая вода протекает в межтрубном пространстве теплообменника.

1. Определим среднюю температуру греющей воды

°С

По температуре находим:

1. Плотность воды =920 ;

2. Удельная теплоемкость воды =4312 ;

3. Коэффициент теплопроводности воды =0,684 ;

4. Коэффициент кинематической вязкости =0,203 ·10^-6 ;

5. Критерий Прандтля =1,17.

2. Определяем средний объемный расход воды, протекающий в межтрубном пространстве

V₁ = м³/с

3. Определяем среднюю температуру нагревающей воды

°С

По температуре находим:

1. Плотность воды =971,4 ;

2. Удельная теплоемкость воды =4201,5 ;

3. Коэффициент теплопроводности воды =0,6775 ;

4. Коэффициент кинематической вязкости =0, 346 ;

5. Критерий Прандтля =2,08.

1.4 Определяем средний объемный расход нагреваемой жидкости

V₂ = м³/с

1.5. Определяем суммарную площадь поперечного сечения трубок в секции

f_т=м²

где - скорость течения жидкости в трубах, .

1.6. Определяем количество трубок

штук

По таблице 2 находим стандартное количество трубок

D^’/S = 14

- диаметр (внутренний) трубки решетки;

S – шаг между трубками .

n^’_T = 173

1.7. Определим внутренний диаметр корпуса аппарата

D_вн =D^/ + d_н + 2К= 0,392+0,02+2∙0,008=0,428 м

где К – кольцевой зазор, равный 0,008.

1.8. Определим площадь поперечного сечения корпуса

F_k= = 0,144 м²

1.9. Определим площадь, занятую трубками

м²

1.10 Определим площадь поперечного пространства

-0,144 – 0,054= 0,089 м²

1.11. Определим отношение площадей

1.12 Определим скорость воды в межтрубном пространстве

м/с

Таким образом, на основе полученных размеров теплообменного аппарата произведем тепловой расчет с определенными поверхностями нагрева и количества секций.

2.Тепловой расчет теплообменника

Тепловой расчет производится применительно к многослойной стенке с учетом накипи.

2.1. Определим коэффициент теплопередачи от греющей воды к стенкам труб.

а) Определим критерий Рейнольдса

где - эквивалентный диаметр, который рассчитывается по формуле

м

б) Определим критерий Нуссельта

где берется по большей температуре из табл 1.

2.2. Определим коэффициент теплопередачи от стенки к трубе с нагревающей жидкостью.

а) Определим критерий Рейнольдса

б) Определим критерий Нуссельта

где берется по большей температуре из табл 1.

2.3. Определим коэффициент теплоотдачи

где - толщина стенки, м

м

4. Определим поверхность теплообмена

м²

где - средняя температура, которая находится по формуле

°С

4. Определим длину трубок в секции

м

где - средний диаметр, который определяется по формуле

м

4. Определим число секций

шт.

где - нормативная длина секции, равная 4,08.

Выбираем в соответствии с расчетными данными водяной подогреватель горячего водоснабжения в соответствии с межведомственной нормалью.

Данные подогреватели типа ВВПЛ-300, состоящий из одной секции. Наружный диаметр =325 мм, внутренний диаметр =309 мм, число трубок в секции 151 шт, удельная поверхность нагрева =7,28, площадь живого сечения межтрубного пространства одной секции =0,0446 м² , отношение площади межтрубного пространства к площади трубок =1,78.

Основные параметры:

= 273

=219

L₃=5277

Н=700

Вес одной секции с калачом 680 кг.

Вывод

1. Анализ возможных конструкций теплообменных аппаратов поверхностного типа показал, что основным типом передачи тепла является конвективный теплообмен, включающий в себя теплопроводность и конвекцию (сложный теплообмен), это затрудняет тепловые расчёты, сводя их к теоретико-экспериментальным методам.

2. Теплоносителями в аппаратах рассмотренного типа является жидкость. Жидкость можно транспортировать на большие расстояния, чем водяной пар и коэффициент теплообмена достаточно высок. Понижение температуры воды хорошо изолированных трубопроводов составляет не более 1С на километр.

3. Выбранный секционный трубчатый теплообменник (водо-водяной подогреватель) марки ВВПЛ-300 состоящий из 1 секции. Небольшая разница в скоростях движения теплоносителей в межтрубном пространстве и трубах обеспечивает примерное равенство расходов.

4. Недостатком секционного теплообменника является повышенная стоимость единицы поверхности нагрева, т.к. большая длина пути жидкости создаёт дополнительные гидравлические потери.

Приложения.

Таблица 1.2 -Физические параметры воды на линии насыщения.

t,C	P, бар	Cp*10-3, Дж/кг*К	, Вт/м*К	a*107, м2/с	*105, Н*с/м2	ν*106, м2/с	Pr
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 220 240 260 280 300 320 340 360	0,0060 0,0122 0,0233 0,042 0,0730 0,1233 0,1992 0,3116 0,4736 0,7011 1,0132 1,4327 1,9854 2,7011 3,614 4,760 6,180 7,920 10,027 12,553 15,550 23,202 33,480 46,940 64,19 85,92 112,90 116,08 186,74	4,212 4,191 4,183 4,174 4,174 4,174 4,178 4,187 4,195 4,208 4,220 4,233 4,250 4,266 4,287 4,312 4,346 4,379 4,417 4,459 4,505 4,614 4,756 4,949 5,229 5,736 6,473 8,163 13,984	0,551 0,575 0,599 0,618 0,634 0,648 0,659 0,668 0,675 0,680 0,683 0,685 0,686 0,686 0,685 0,684 0,686 0,679 0,675 0,670 0,663 0,645 0,628 0,605 0,575 0,510 0,506 0,450 0,393	1,300 1,370 1,430 1,490 1,530 1,570 1,600 1,630 1,650 1,670 1,680 1,700 1,710 1,720 1,735 1,727 1,730 1,727 1,720 1,710 1,700 1,660 1,622 1,558 1,463 1,319 1,152 0,960 0,536	178,8 130,5 100,4 80,1 65,3 54,9 47,0 40,6 35,5 31,5 28,2 25,9 23,7 21,8 20,1 18,6 17,4 16,3 15,3 14,4 13,6 12,5 11,5 10,6 9,8 9,5 8,5 7,7 6,7	1,789 1,306 1,006 0,805 0,659 0,556 0,478 0,415 0,365 0,326 0,295 0,272 0,252 0,233 0,217 0,203 0,191 0,181 0,173 0,165 0,158 0,141 0,141 0,135 0,131 0,128 0,128 0,127 0,126	13,67 9,52 7,02 5,49 4,31 3,54 2,98 2,55 2,21 1,95 1,75 1,60 1,47 1,36 1,26 1,17 1,10 1,05 1,00 0,96 0,93 0,89 0,87 0,87 0,90 0,97 1,11 1,39 2,35

Таблица 2.2- Значение относительного диаметра трубной решётки D/S в зависимости от числа трубок при ромбическом ( n₁) и концентрическом (n₂) размещении.

D/S	n1	n2	D/S	n1	n2
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20	7 19 37 61 91 127 187 241 301 367	7 19 37 62 93 130 173 223 179 341	22 24 26 28 30 32 34 36 38 40	439 517 613 721 823 931 1045 1165 1306 1459	410 485 566 653 747 847 953 1066 1185 1310

Таблица 3.[2] Основные данные о водо-водяных подогревателях для

городского водоснабжения.

Наименование	Обозначение подогревателя
	ВВПЛ-50	ВВПЛ-60	ВВПЛ-80	ВВПЛ-100	ВВПЛ-150	ВВПЛ-200	ВВПЛ-250	ВВПЛ-300
Наружный диаметр корпуса DН, мм	57	70	89	114	168	219	273	325
Внутренний диаметр корпуса DВ, мм	50	63	82	106	156	207	259	309
Число трубок в секции, шт.	4	7	12	19	37	69	109	151
Удельная поверхность нагрева FУ, м2/м	0.193	0.34	0.58	0.92	1.78	3.33	5.25	7.28
Поверхность нагрева одной секции нормальной длины F, м2	0.77	1.36	2.3	3.7	7.1	13.3	21	29.1
Площадь живого сечения межтрубного пространства одной секции fМТ,м2	0.00116	0.00173	0.00297	0.005	0.0122	0.0198	0.0308	0.0446
Отношение площади межтрубного пространства к площади трубок fМТ/ft	1.76	1.5	1.5	1.58	2	1.75	1.72	1.78
Основные размеры, мм
dН	45	57	70	89	133	168	219	273
dН1	45	57	70	89	114	168	219	219
L3	4409	4464	4503	4568	4722	4917	5075	5277
H	200	240	260	300	400	500	600	700
Вес одной секции с калачом, кг	43	54	77	100	201	327	492	680

2