Завдання

Мета даної роботи – опанувати навичками розрахунку теплообмінного устаткування. Дані для розрахунку беруться з таблиць 1.1.-1.3. (Додаток 1), відповідно до номеру залікової книжки.

Курсова робота складається з двох частин:

1. Тепловий розрахунок і вибір калориферної установки.

Завдання:

Підібрати калориферну установку з багатоходових калориферів марки КВС-П, для нагрівання G₂, кг/год, повітря від t₂',˚С до t₂'',˚С гарячою водою, що проходить по трубах. Теплоносій – перегріта вода з температурою t₁',˚С на вході і t₁'',˚С - на виході з установки.

2. Тепловий конструктивний розрахунок перехресноточного рекуперативного теплообмінника.

Завдання:

Розрахувати площу поверхні перехресноточного теплообмінника, набраного з латунних труб з поперечними круглими зовнішніми ребрами, необхідну для нагрівання води з параметрами повітря - теплоносія (частина 1), що проходить по трубах. Діаметр труб d_В/d_Н , мм; розміри ребер: діаметр D, мм; товщина δ_Р, мм; крок S_Р, мм. Теплопровідність латунних ребер λ_Р, Вт/(м·К). Кроки труб у пучку: поперечний S₁, мм, поздовжній S₂, мм. Розташування труб – шахове.

Приклад розрахунку

Частина 1.

Підібрати калориферну установку з багатоходових калориферів марки КВС-П, для нагрівання G₂=30000 кг/год повітря від t₂'= -20˚С до t₂''=25˚С гарячою водою, що проходить по трубах.

Теплоносій – перегріта вода з температурою t₁'=160˚С на вході і t₁''=70˚С - на виході з установки.

Розв’язок.

З рівняння теплового балансу визначаємо теплову потужність:

і витрату води:

Приймаємо масову швидкість повітря в живому перетині калориферів ρ₂·υ₂= 9 , і за рівнянням нерозривності визначаємо розрахункову площу живого перетину калориферів:

.

З таблиці 3.1. (Додаток 3) вибираємо калорифер із площею живого перетину f₂. Тому як калориферів з такою площею живого перетину немає, то вибираємо n=1 калорифер КВС11-П із площею живого перетину f₂=0,8665 м². Тоді масова швидкість повітря:

Швидкість води в трубах (при послідовному з'єднанні калориферів по теплоносію при f₁=0,00232 м²):

Коефіцієнт теплопередачі:

k=20,3·(ρ₂·υ₂)^0,32·ω₁^0,13=20,3·9,6^0,32·0,425^0,13=37,46 Вт/(м²·К)

Температурний напір:

Теплова потужність одного калориферу КВС11-П з рівняння теплопередачі:

Q=k·F·Δt=37,46·72·112,5=303426 Вт

72 м² – площа поверхні калорифера.

З розрахунку видно, що одного калориферу недостатньо для забезпечення теплової потужності Вт. Тому збільшимо їхню кількість удвічі, з'єднавши їх по повітрю паралельно, а по воді – послідовно. При цьому масова швидкість повітря залишиться колишньою: ρ₂·υ₂=9,6 , а швидкість води знизиться вдвічі: ω₁=0,213 м/с. Тоді коефіцієнт теплопередачі:

k=20,3·(ρ₂·υ₂)^0,32·ω₁^0,13=20,3·9,6^0,32·0,213^0,13=34,21 Вт/(м²·К)

Сумарна теплова потужність двох калориферів:

Q=k·F·Δt=34,21·(2·72)·112,5=554202 Вт

Запас площі поверхні складає:

Опір калориферів по повітрю:

Δр=2,13·(ρ₂·υ₂)^1,62=2,13·9,6^1,62=83,11 Па

Частина 2.

Розрахувати площу поверхні перехресноточного теплообмінника, набраного з латунних труб з поперечними круглими зовнішніми ребрами, необхідну для нагрівання води з параметрами повітря і теплоносія (частина 1), що проходить по трубах. Діаметр труб d_В/d_Н=12/14 мм; розміри ребер: діаметр D=48 мм; товщина δ_Р=0,3 мм; крок S_Р=5,0 мм. Теплопровідність латунних ребер λ_Р=105 Вт/(м·К). Кроки труб у пучку: поперечний S₁=53 мм, поздовжній S₂=48 мм. Розташування труб – шахове.

Теплофізичні властивості (див. Додаток 2):

Повітря при середній температурі:

₂=0,5·(t₂'+t₂'')=0,5·((-20)+25)=2,5˚С;

ρ₂=1,2815 кг/м³; λ₂=2,4575·10 ^–2 Вт/(м·К);

ν₂=13,5·10 ^–6 м²/с; с_Р2=1005 Дж/(кг·К);

Pr₂=0,7065;

води при середній температурі:

₁=0,5·(t₁'+t₁'')=0,5·(160+70)=115˚С;

ρ₁=947,05 кг/м³; λ₁=68,55·10 ^–2 Вт/(м·К);

ν₁=0,262·10 ^–6 м²/с;

с_Р1=4241,5 Дж/(кг·К);

Pr₁=1,535.

Розв’язок.

Приймаємо: швидкість води в трубах ω₁=0,425 м/с; швидкість повітря у вузькому перетині пучка труб ω₂=5 м/с; кількість труб у поперечному ряді Z₁=10; коефіцієнт теплових втрат η=0,97.

Кількість теплоти, відданої гарячою водою:

Площа живого перетину пучка ребристих труб для проходу повітря:

Площа живого перетину одного міжреберного каналу в поперечному ряді пучка:

f_2i=(S₁ – d_н)·S_P – 2·(D – d_н)·δ_Р=[(53 –14)·5 – 2·(48 – 14)·0,3]·

10 ^–6=174,6·10 ^–6 м²

Довжина труб:

Витрата гарячої води:

Площа живого перетину для проходу води:

Кількість труб в одному ході:

Приймаємо n₁=22, тоді швидкість води в трубах:

Коефіцієнт тепловіддачі від води до стінки:

Коефіцієнт оребріння:

Довжина обтікання ребристої труби:

Коефіцієнт тепловіддачі до повітря в першому наближенні розраховуємо для багаторядних пучків з Z>4, тобто при С_Z=1:

Розрахунок ККД ребра:

По номограмі при і знаходимо η_Р=0,71.

Ефективність ребристої поверхні:

Коефіцієнт теплопередачі, віднесений до середньої площі поверхні труби F=π·d_СР·L=3,14·13·10 ^–3·3,72=0,152 м²:

Середній температурний напір:

де ξ_Δt=0,93 (див. графік залежності ξ_Δt (Р, R) на рис.4.1 Додатку 4) при

і .

Площа поверхні нагрівання:

Загальна кількість труб:

Кількість поздовжніх рядів труб у пучку:

Приймаємо Z₂=11, і в зв'язку з тим, що Z₂>4, то приймаємо остаточно Z₂=11. Таким чином, у результаті розрахунку спроектовано перехресноточний одноходовий по ходу повітря теплообмінник. Запас площі поверхні в порівнянні з розрахунковим значенням складає .

У випадку, якщо Z₂<4 уточнюємо значення коефіцієнта теплопередачі і перераховуємо уточнену кількість труб у пучку за нижчеподаними формулами. І після цього знаходимо запас площі поверхні.

η_Р=

Уточнене значення площі поверхні:

Уточнена кількість труб у пучку:

Додаток 1

Вихідні дані до курсової роботи

Таблиця 1.1. Кількість повітря

	Остання цифра залікової книжки
	1.	2.	3.	4.	5.	6.	7.	8.	9.	0.
G2, кг/год	10 000	20 000	30 000	40 000	50 000	60 000	70 000	80 000	90 000	100 000

Таблиця 1.2. Розрахункові температури

	Передостання цифра залікової книжки
	1.	2.	3.	4.	5.	6.	7.	8.	9.	0.
,С	-40	-35	-30	-25	-20	-15	-10	-50	0	5
,С	25	25	25	25	25	25	25	25	25	25
,С	50	55	60	65	70	75	80	85	90	95
,С	180	175	170	165	160	155	150	145	140	135

Таблиця 1.3. Дані для розрахунку міжреберного каналу

Остання цифра залікової книжки	№	, мм	D=S2 ,мм	S1 ,мм
	1.	8/10	44	49
	2.	10/12	46	51
	3.	12/14	48	53
	4.	14/16	50	55
	5.	16/18	52	57
	6.	18/20	54	59
	7.	20/22	56	61
	8.	22/25	58	63
	9.	25/27	60	65
	10.	27/30	62	67

• Дані _р=0,3 мм, S_p=5 мм – для усіх варіантів однакові.

Додаток 2

Таблиця 2.1. Фізичні властивості води

t, 0С	ρ, кг/м3	Ср, кДж/кг·0С	λ·10-2 Вт/м·0С	ν·10-6, м2/с	Pr
50	988,1	4,174	64,8	0,556	3,54
60	983,2	4,179	65,9	0,478	2,98
70	977,8	4,187	66,8	0,415	2,55
80	971,8	4,195	67,4	0,365	2,21
90	865,3	4,208	68,0	0,326	1,95
100	958,4	4,220	68,3	0,295	1,75
110	951,0	4,233	68,5	0,272	1,60
120	943,1	4,250	68,6	0,252	1,47
130	934,8	4,266	68,6	0,233	1,36
140	926,1	4,287	68,5	0,217	1,26
150	917,0	4,313	68,4	0,203	1,17

Таблиця 2.2. Фізичні властивості повітря

t, 0С	ρ, кг/м3	Ср, кДж/кг·0С	λ·10-2 Вт/м·0С	ν·10-6, м2/с	Pr
-50	1,584	1,013	2,04	9,23	0,728
-40	1,515	1,013	2,12	10,04	0,728
-30	1,453	1,013	2,20	10,80	0,723
-20	1,395	1,009	2,28	11,79	0,716
-10	1,342	1,009	2,36	12,43	0,712
0	1,293	1,005	2,44	13,28	0,707
10	1,247	1,005	2,51	14,16	0,705
20	1,205	1,005	2,59	15,06	0,703
30	1,165	1,005	2,67	16,00	0,701
40	1,128	1,005	2,76	16,96	0,699
50	1,093	1,005	2,83	17,95	0,698
60	1,060	1,005	2,90	18,97	0,696
70	1,029	1,009	2,96	20,02	0,694
80	1,000	1,009	3,05	21,09	0,692
90	0,972	1,009	3,13	22,10	0,690
100	0,946	1,009	3,21	23,13	0,688

Додаток 3

Таблиця 3.1. Технічні характеристики калориферів

Тип і номер калориферу	Розміри пучка труб			Площа поверхні, F, м2	Площа живого перетину, м2
	Ширина, мм	Висота, мм	Число рядів		По повітрю f2	По теплоносію f1
КВС 7-П	655	503	3	14,6	0,1720	0,001159
КВС 8-П	780	503	3	16,92	0,2048	0,001159
КВС 9-П	905	503	3	19,56	0,2376	0,001159
КВС 10-П	1155	503	3	25,08	0,3033	0,001159
КВС 11-П	1655	1003	3	72,00	0,8665	0,00232
КВС 12-П	1655	1503	3	108,00	1,2985	0,00232
КВБ 8-П	780	503	4	22,4	0,2048	0,001544
КВБ 10-П	1155	503	4	33,34	0,3033	0,001544
КВБ 10-П	1655	1003	4	85,63	0,8665	0,0031
КВБ 10-П	1655	1503	4	143,5	0,1285	0,0046
КсК 3-11	1663	1003	4	91,8	1,045	0,0023
КсК 4-12	1663	1503	4	122,4	1,045	0,003

Додаток 4