- •Общие указания
- •Классификация теплообменных аппаратов
- •Основные положения расчёта рекуперативных
- •3.1. Уравнение теплового баланса
- •3.2. Уравнение теплопередачи
- •Определение поверхности теплообмена
- •4.1. Тепловая нагрузка
- •4.2. Средний температурный напор
- •4.3. Коэффициент теплопередачи
- •4.4. Коэффициенты теплоотдачи
- •Вынужденное течение жидкости в трубах и каналах
- •Поперечное омывание одиночной трубы
- •Поперечное омывание пучков труб
- •Конденсация пара
- •4.4.5. Кипение теплоносителя
- •4.4.6. Теплоотдача при наличии излучения
- •5.2.2. Общая длина трубок, м
- •Содержание заданий и примеры расчётов
- •Задача 1
- •Задача 2
- •Задача 3
- •Задача 4
- •Задача 5
- •Общие указания………………………………………………………………........3
Содержание заданий и примеры расчётов
ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
Задача 1
Определить площадь поверхности нагрева и число секций водо-водяного теплообменника типа "труба в трубе" (рис. 5.1), в котором греющая вода движется по внутренней металлической трубе [коэффициент теплопроводности , Вт/(м∙Л)], диаметром , мм. Температура греющей воды на входе t1', °С, кг/ч, расход греющей воды G1 кг/ч.
Нагреваемая вода движется по кольцевому каналу между, трубами и нагревается от t2' до t2'', °С. Внутренний диаметр внешней трубы D, мм, на 15 мм больше dнар. Расход нагреваемой воды G2, кг/ч. Длина одной секции теплообменника l, м.
Расчет выполнить для противоточной и прямоточной схем.
Исходные данные приведены в табл. 7.1.
Таблица 7.1
Исходные данные к задаче 1
Первая цифра варианта |
λ, Вт/(м∙К) |
,мм |
t1',°C |
Вторая цифра варианта |
G1, кг/ч |
t2',°C |
t2'',°C |
G2, кг/ч |
м |
0 |
20 |
35/32 |
70 |
0 |
1700 |
10 |
40 |
2500 |
1,5 |
1 |
50 |
37/30 |
80 |
1 |
2000 |
20 |
45 |
3000 |
2 |
2 |
80 |
25/22 |
90 |
2 |
1800 |
20 |
40 |
2800 |
2,5 |
3 |
85 |
42/37 |
95 |
3 |
1500 |
25 |
50 |
2000 |
3 |
4 |
90 |
25/20 |
75 |
4 |
2500 |
13 |
40 |
3500 |
1.5 |
5 |
95 |
20/17 |
85 |
5 |
2100 |
18 |
50 |
3200 |
2 |
6 |
42 |
35/32 |
90 |
6 |
2200 |
22 |
45 |
2600 |
2,5 |
7 |
48 |
30/27 |
75 |
7 |
2300 |
15 |
30 |
2700 |
3 |
8 |
45 |
57/50 |
85 |
8 |
1900 |
17 |
40 |
3700 |
2 |
9 |
25 |
28/25 |
95 |
9 |
2400 |
15 |
45 |
3000 |
3 |
Пример I
Согласно условию к задаче 1, выполнить конструктивный тепловой расчет противоточного водо-водяного теплообменника "труба в трубе". Исходные данные:
- коэффициент теплопроводности металла λ=45 Вт/(мК);
- диаметры внутренней трубы - мм;
- температура, горячего теплоносителя на входе t1'=9 5°С;
- расход греющей воды G1=2130 кг/ч;
- температура холодного теплоносителя на входе t2'=15°С;
- температура холодного теплоносителя на выходе t2''=45°С;
- внутренний диаметр внешней трубы D=48 мм;
- расход нагреваемой воды G2=3200 кг/ч;
- длина одной секции ТА l=1,9 м.
Решение:
Тепловая нагрузка (тепловая мощность) ТА определяется по (3.4)
кВт
Температура греющей воды на выходе
°С,
где теплоемкость Ср1 принимаем равной 4,19 кДж/(кг∙К).
Среднеарифметические температуры теплоносителей и физические свойства воды при этих температурах принимаемые согласно прил. 3.
t1=0,5(t1'+ t1'')=0,5(95+50)=72,5 °С
t2=0,5(t2'+ t2'')=0,5(15+45)=30 °С
t,°С |
ρ, кг/м3 |
ν, м2/с |
λ, Вт/(м∙К) |
Pr |
Cp,кДж/(кг∙К) |
72,5 |
976 |
0,403∙10-6 |
0,670. |
2,47 |
4,189 |
30 |
996 |
0,805∙10-6 |
0,618 |
5,42 |
4,174 |
Скорость движения горячего теплоносителя:
м/с.
Число Рейнольдса для потока греющей воды согласно (4.10)
Так как режим течения греющей йоды турбулентный, расчет числа Нуссельта ведём по (4.16)
Температура поверхности стенки неизвестна, поэтому принимаем её в первом приближении по (4.12)
tс1≈0,5(t1+t2)=0,5(72,5+30)=51,25 °С
При этой температуре Рrc1=3,5 (прил. 3). 7.
Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке трубы по (4.8)
Вт/(м2∙К)
Скорость движения холодного теплоносителя
м/с
Число Рейнольдса для потока нагреваемой воды
где эквивалентный диаметр кольцевого канала согласно (4.9)
d2=D-dнар=0,048-0,035=0,013 м
Так как режим течения нагреваемой воды турбулентный, расчёт числа Нуссельта ведём по формуле (4.18) для кольцевого канала
Температура наружной поверхности стенки внутренней трубы неизвестна, поэтому принимаем её в первом приближении tс2 ≈ tс1 и, следовательно,
Рrc2 ≈ Рrc1≈3,5
Коэффициент теплоотдачи от стенки внутренней трубы к нагреваемой воде по (4.8)
Вт/(м2∙К)
Коэффициент теплопередачи по (4.7)
Вт/(м2∙К)
где толщина стенки δ=0,5(dнар–dвн)=0,5(0,035–0,032)=0,0015 м.
Строим график изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена (рис. 7.1) и находим большую и меньшую разности температур
Рис. 7.1. Характер изменения температур теплоносителей (к примеру 1)
Δtв=t1' – t2''=95-45=50°С, Δtм=t1'' – t2'=50-15=35°С
Так как , то расчет среднего температурного напора можно вести по (4.3)
Δt=0,5(Δtв+Δtм)=0,5(50+35)=42,5°С
Площадь поверхности нагрева согласно (4.1)
.
Число секций по (5.1)
принимаем n=7.
Выполненный расчет требует проверки ввиду того, что температуры поверхностей стенки были приняты ориентировочно.
Плотность теплового потока в аппарате
Вт/м2
Температура стенки со стороны греющей воды
°C.
при этой температуре Рrc1=3,48 (прил. 3).
Поправка на изменение физических свойств жидкости по сечению потока во внутренней трубе
, в расчете было принято 0,9166.
Погрешность составляет
Температура стенки со стороны нагреваемой воды
°C.
При этой температуре Рrc2=3,65 (прил. 3).
Поправка на изменение физических свойств жидкости по сечению потока в кольцевом канале
=1,104, в расчете было принято 1,116.
Погрешность составляет
Обе погрешности не выходят за пределы допустимых значений для инженерных расчётов.