Тепломассообмен

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ННГАСУ)

Кафежра отопления и вентиляции

Расчетно-графическая работа:

«Основы конструирования и расчета теплообменных аппаратов»

Выполнил:

Студент гр.

Проверил: Г.М. Казаков

г. Нижний Новгород – 2015

Определить величину поверхности теплообмена, число секцийи мощность, необходимую для перемещения каждого теплоносителя водоводяного теплообменника типа «труба в трубе». Греющая вода движется по внутренней стальной трубе (коэффициенттеплопроводности ее λ_ст=50 Вт/(м∙⁰C) диаметром d₁/d₂=57/51 мм и имеет температуру на входе t’₁=110 ⁰C, а на выходе t”₁=60 ⁰C. Нагреваемая вода движется противопотоком по кольцевому каналу между трубами и нагревается от t’₂=20 ⁰C до t”₁=50 ⁰C. Количество передаваемой теплоты Q=110 кВт. Диаметр внешней трубы D₁/D₂=108/102 мм. Длину одной секции принять l=2,8м. Потери теплоты через внешнюю поверхность теплообменника не учитывать.

Тепловой расчет

Находим среднеарифмектические значения температур первичного и вторичного теплоносителей и значение физических свойств воды приэтих температурах.

При температуре находим: плотность ρ_ж1= 968,65кг/м³; кинематическую вязкость ν_ж1= 0,346∙10^-6м²/с; коэффициент теплопроводности λ_ж1=0,677 Вт/(м∙⁰C); число Прандтля Pr_ж1= 2,08; теплоемкость С _ρ1=4,202 кДж/(кг∙⁰C).

При температуре находим: плотность ρ_ж2= 994кг/м³; кинематическую вязкость ν_ж2=0,732 ∙10^-6м²/с; коэффициент теплопроводности λ_ж2=0,627 Вт/(м∙⁰C); число Прандтля Pr_ж2= 4,87; теплоемкость С _ρ2=4,174 кДж/(кг∙⁰C).

Определяем расход первичного теплоносителя:

Определяем расход вторичного теплоносителя:

Скорость движения первичного теплоносителя составит:

Скорость движения первичного теплоносителя составит:

Определяем число Рейнольдса для первичного теплоносителя по формуле:

Температура стенки незвестна, поэтому задаемся ее значением:

При t_cт1=60 ⁰C, число Прандтля равно Pr= 2,93

Режим течения турбулентный, следовательно, расчет числа Нуссельта ведем по формуле:

Находим коэффициент теплоотдачи от первичного теплоносителя к стенке трубы:

Определяем число Рейнольдса для вторичного теплоносителя по формуле:

где - эквивалентный диаметр. Для кольцевого канала:

Принимаем в первом приближении t_cт2= t_cт1и, следовательно, число Прандтля равно: Pr= 2,93

Режим течения турбулентный, поэтому расчет числа Нуссельта введем по формуле для теплопередачи при турбулентном течении в каналах кольцевого сечения:

Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы ко вторичному теплоносителю равен:

Поскольку отношение диаметров d₂/ d₁<2, определяем коэффициент теплопередачи по уравнению для плоской стенки:

где

Определим величины условных эквивалентов W₁ и W₂:

Схема распределения температур теплоносителей по длине теплообменника имеет вид:

Среднелогарифмический температурный напор равен:

Определяем плотность теплового потока:

Поверхность теплообмена составляет:

Число секций равно:

где - диаметр поверхности с минимальным коэффициентом теплоотдачи.

Полученное число n округляем до большего целого числа. Уточняем температуру поверхности стенки трубы со стороны горячего теплоносителя:

Температура поверхности стенки трубы со стороны холодного теплоносителя:

При этих температурах числа Прандтля составляют:

Pr_ст1= 2,57 Pr_ст2= 2,66

Поправки на изменение физических свойств жидкости по сечению потока равны:

(в расчете принято 0,918)

(в расчете принято 1,135)

Полученные значения меньше чем на 10% отличаются от принятых в расчете. Перерасчет не требуется.

Определяем диаметр патрубков для вторчного теплоносителя:

Полученное значение округляем до ближайшего стандартного по ГОСТ для труб.

Гидродинамический расчет.

Определяем составляющие для расчета гидравлического сопротивления при движении первичного теплоносителя.

Полная длина трубки одного хода первичного теплоносителя:

где - предварительная толщина трубной доски (уточняется при расчете на прочность).

Сопротивление трения составляет:

Коэффициент сопротивления трения расчитан по соотношению:

Величина коэфффициента местного сопротивления зависит от вида местного сопротивления:

- входная камера (удар и поворот)

- поворот на угол 180⁰С в V-образных трубках

-выход из трубного пространства

Суммарный коэффициент местного сопротивления равен

Потери давления в местных сопротивлениях определяем по соотношению:

Общие потери давления для первичного теплоносителя составят:

Мощность, необходимая для перемещения первичного теплоносителя, равна:

где - коэффициент полезного действя насоса.

Определяем гдравлическое сопротивления для вторичного теплоносителя.

Коэффициент сопротивления трения расчитан по соотношению:

Сопротивление трения составляет:

Величина коэфффициента местного сопротивления зависит от вида местного сопротивления:

- входная камера (удар и поворот)

- переход из одной секции в другую

-выход из межтрубного пространства

Суммарный коэффициент местного сопротивления равен

Потери давления в местных сопротивлениях определяем по соотношению:

Общие потери давления для вторичного теплоносителя составят:

Мощность, необходимая для перемещения вторичного теплоносителя, равна: