Минобрнауки россии

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ухтинский государственный технический университет»

(УГТУ)

Кафедра теплогазоводоснабжения и вентиляции

КУРСОВАЯ РАБОТА

Расчет пароводяного теплообменного аппарата

Выполнил: студент группы НГД-2-13

П.Л.Харионовский

шифр 130487

Проверил: зав. кафедры ТГВиВ

Н.С. Пономарев

Ухта 2015

Содержание

Введение………………………………………………………………………….. 3

1. Исходные данные………………………………………………………………… 4

2. Тепловой расчет теплообменного аппарата……………………………………. 5

3. Повторный расчет………………………………………………………………. 12

4. Гидродинамический расчет…………………………………………………….. 16

5. Список использованной литературы…………………………………………... 19

Приложение 1…………………………………………………………………… 20

Введение

Курсовая работа «Тепловой и гидравлический расчёт теплообменного аппарата» служит конкретным примером применения основных положений курса в инженерной практике.

Теплообменными аппаратами (ТА) называются устройства, предназначенные для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. Теплообменные аппараты широко применяются в нефтедобывающей, газовой, нефтеперерабатывающей и химической промышленности и участвуют в качестве основного технологического оборудования в процессах: нагрева, охлаждения, конденсации, испарения, очистки жидкости, газа, пара и их смесей.

Данная курсовая работа направлена на освоение навыков расчёта теплообменного оборудования. Умение вести расчёт и анализировать рабочий процесс рассматриваемого оборудования позволит повысить эффективность его работы, что, в свою очередь, приводит к сокращению расходов топлива и экономии энергии.

1. Исходные данные

Определить величину поверхности теплообменника и основные размеры вертикального четырёхходового трубчатого теплообменника, предназначенного для нагрева воды от доВода движется внутри латунных трубок со скоростьюкоэффициент теплопроводности трубок наружный диаметрвнутренний –толщина стенкиГреющим теплоносителем является сухой насыщенный водяной пар с давлением и скоростьюкоторый конденсируется на внешней поверхности трубок. Количество передаваемой теплоты –Потери теплоты в окружающую среду не учитывать.

2. Тепловой расчет теплообменного аппарата

Определяем параметры греющего пара по Приложению 3 и Приложению 4 /1, c.32,33/:

Определяем расход первичного теплоносителя по формуле (1) /1, с.14/:

где –тепловая мощность теплообменника (количество теплоты, передаваемого в единицу времени), кВт;

– изменение энтальпии первичного теплоносителя, кДж/кг.

Определяем изменение энтальпии первичного теплоносителя по формуле (3) /1, с.14/:

где –энтальпия сухого насыщенного пара, кДж/кг;

– энтальпия конденсата в состоянии насыщения, кДж/кг.

После подстановки численных значений параметров в формулу (2.2) получим изменение энтальпии первичного теплоносителя:

После подстановки численных значений параметров в формулу (2.1) получим расход первичного теплоносителя:

Определяем расход вторичного теплоносителя по формуле (1) /1, с.14/:

где – изменение энтальпии вторичного теплоносителя, кДж/кг.

Определяем изменение энтальпии вторичного теплоносителя по формуле (2) /1, с.14/:

где – удельная теплоёмкость воды при средней температуре

Определяем по Приложению 3 удельную теплоёмкость воды /1, c.32/:

.

После подстановки численных значений параметров в формулу (2.4) получим изменение энтальпии второго теплоносителя:

После подстановки численных значений параметров в формулу (2.3) получим расход вторичного теплоносителя:

Для расчёта коэффициента теплоотдачи к внешней поверхности трубки при конденсации пара надо знать температуру внешней поверхности стенки и высоту трубки. Эти значения неизвестны, поэтому расчёт проводим методом последовательных приближений.

Рисунок 2.1 – Температурный трафик теплообменного аппарата

Определяем среднелогарифимический температурный напор по формуле (5) /1, с.15/:

где –температура, при которой конденсируется насыщенный пар,

После подстановки численных параметров в формулу (2.5) получим среднеарифметический температурный напор:

Задаёмся температурой стенки в первом приближении:

Задаёмся также высотой трубок

Определяем приведенную высоту поверхности (длина трубки) по формуле (11) /1, с.16/:

где –комплекс теплофизических величин конденсата при температуре насыщения, 1/м·°C.

Определяем по Приложению 6 при комплекс теплофизических величин конденсата при температуре насыщения /1, с.35/:

После подстановки численных параметров в формулу (2.6) получим приведенную высоту поверхности:

Так как , то режим течения плёнки конденсата турбулентный.

При плёночной конденсации сухого насыщенного пара и смешанном режиме течения плёнки конденсата используем следующее критериальное уравнение по формуле (14) /1, с.16/:

где – число Прандтля для пара;

– число Прандтля для конденсата.

Определяем по Приложению 4 при число Прандтля для пара /1,c.33/:

Определяем по Приложению 3 при число Прандтля для конденсата /1, с.32/:

После подстановки численных параметров в формулу (2.7) получим следующее значение:

Определяем средний по длине коэффициент теплопередачи, выразив его из формулы (13) /1, с.16/:

где – комплекс, зависящий от рода жидкости и температуры насыщения воды, м/Вт.

Определяем по Приложению 5 при комплекс, зависящий от рода жидкости и температуры насыщения воды /1, с.35/:

После подстановки численных параметров в формулу (2.8) получим средний по длине коэффициент теплопередачи:

Далее необходимо определить коэффициент теплоотдачи к воде

Среднеарифметическая температура воды:

Число Рейнольдса для вторичного теплоносителя (вода) /1, с.17/:

где – коэффициент кинематической вязкости жидкости,

Определяем при коэффициент кинематической вязкости жидкости по Приложению 3 /1, с.32/:

После подстановки численных параметров в формулу (2.9) получим число Рейнольдса для вторичного теплоносителя:

Режим движения воды турбулентный, поэтому число Нуссельта рассчитывают по формуле (15) /1, с.16/:

где – число Прандтля для жидкости;

– число Прандтля для конденсата с учетом перепада температур по толщине стенки.

Определяем по Приложению 3 при число Прандтля для жидкости /1, с.32/:

Оценив перепад температур по толщине стенки в , то есть, определяем число Прандтля для конденсата с учетом перепада температур по толщине стенки по Приложению 3 /1, с.32/:

После подстановки численных параметров в формулу (2.10) получим число Нуссельта:

Определяем коэффициент теплопередачи от пара к воде /1, с.17/:

где – коэффициент теплопроводности жидкости,.

Определяем по Приложению 3 при коэффициент теплопроводности жидкости /1, с.32/:

После подстановки численных параметров в формулу (2.11) получим коэффициент теплопередачи от пара к воде:

Определяем коэффициент теплопередачи от пара к воде по формуле (9) /1, с.15/:

Определяем среднюю плотность теплового потока по формуле (20) /1, с.18/:

Определяем поверхность теплообмена в первом приближении по формуле (22) /1, с.18/:

Определяем число трубок в одном ходе по формуле (23) /1, с.18/:

где – плотность вторичного теплоносителя (воды),

Определяем при плотность вторичного теплоносителя (воды) /1, с.32/:

После подстановки численных параметров в формулу (2.12) получим число трубок в одном ходе:

Число ходов и всего трубок

Определяем высоту трубок в первом приближении по формуле (24) /1, с.18/:

где – среднее значение диаметра латунных трубок, м.

Определяем среднее значение диаметра латунных трубок:

После подстановки численных параметров в формулу (2.13) получим высоту трубок в первом приближении:

Определяем погрешность вычислений высоты трубок:

Определяем температуру стенок трубок:

Определяем среднюю температуру стенки по формуле (21) /1, с.18/:

Определяем разницу получившегося и заданного значений температур стенок:

Расчет температуры стенки можно считать законченным, но полученное значение величины отличается от заданного более чем на, поэтому производим повторный расчет, принимая