МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра: Теплоэнергетика

Расчетно-графическая работа

По курсу «Тепломасообмен»

на тему:

«Расчет водоводяного теплообменника»

Выполнила :

ст-т гр. ТГС -31

Тихонов И. А.

Проверил:

Попова Т. И.

Саратов 2010

Содержание

Введение ………………………………………………………………………… 4

Реферат ……………………………………………………………..……………. 5

Задание ..…………………………………………………………….…………….. 6

1. Тепловой расчёт….…………………………………………..………………… 7

1.1 Средние температуры теплоносителей ..……………………………………. 7

1.2 Теплофизические свойства теплоносителей..………………………………..7

1.3 Тепловая мощность теплообменника ..……………………………………... 7

1.4 Массовый расход конденсата ……………………………………………..… 7

1.5 Число трубок одного хода теплоносителя воды)…….………………….….. 8

1.6 Внутренний диаметр корпуса теплообменника ………………………..……. 8

1.7 Уточняем число трубок одного хода ...……………………………….………. 8

1.8 Уточняем площадь проходного сечения одного хода воды …..…….………. 8

9 Уточняем скорость воды в одно ходе теплообменника …...………………… 8

1.10 Площадь проходного сечения одного хода конденсата …………………… 8

1.11 Определяем скорость конденсата в одном ходе ……………………………. 8

1.12 Коэффициент теплоотдачи со стороны воды ...…………………………….. 8

1.13 Коэффициент теплоотдачи со стороны конденсата ……………….………. 9

1.14 Коэффициент теплопроводности теплообменника ……………………….. 10

1.15 Средний температурный напор в теплообменнике ……………….……… 10

1.16 Поверхность теплообменника ……………….……………………..………. 10

1.17 Протяжённость трубок в теплообменнике ………………………………… 10

1.18 Число секций в теплообменнике ..……………………………...………….. 11

2 Гидравлический расчёт…………………………………………………………. 12

2.1 Схема компоновки секций между собой ………………………………….. 12

2.2. Гидравлические сопротивления со стороны воды…………………….…… 12

2.3 Гидравлическое сопротивление со стороны конденсата ………….………. 13

2.4 Расчёт мощности насоса …………………………………………………….. 13

3 Экономический расчёт ………………………………………….…………….. 14

3.1 Доход от внедрения мероприятия ……………………………………….. ….14

3.2 Необходимые затраты t=T...………………………………………………...... 15

3.3 Экономический эффект ..………………………………………………….…. 17

Список используемой литературы………………………………………………. 18

Введение:

Теплообменным аппаратом называется устройство, в котором осуществляется процесс передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. Такие аппараты многочисленны и по своему техническому назначению и конструктивному оформлению весьма разнообразны. По принципу действия теплообменные аппараты могут быть разделены на рекуперативные, регенеративные и смесительные.

Рекуперативными называются такие аппараты, в которых теплота от горячего теплоносителя передаётся к холодному через разделяющею их стенку. Примером таких аппаратов являются парогенераторы, подогреватели, конденсаторы и т. д.

Регенеративными называются такие аппараты, в которых одна и та же поверхность нагрева омывается то горячим, то холодным теплоносителем. При протекании горячей жидкости теплота воспринимается стенками аппарата и в них аккумулируется, при протекании холодной жидкости эта аккумулированная теплота ею воспринимается. Примером таких аппаратов являются регенераторы мартеновских и стеклоплавильных печей, воздухоподогреватели доменных печей и др.

В рекуперативных и регенеративных аппаратах процесс передачи теплоты непосредственно связан с поверхностью твёрдого тела. Поэтому такие аппараты называются также поверхностными.

В смесительных аппаратах процесс теплопередачи происходит путём непосредственного соприкосновения и смешения горячего и холодного теплоносителей. В этом случаи теплопередача протекает одновременно с материальным обменом. Примером таких теплообменников являются башенные охладители (градирни), скрубберы и др.

Однако, несмотря на большое разнообразие теплообменных аппаратов по виду, устройству, принципу действия и рабочим телам, назначение их в конце концов одно и то же, это – передача теплоты от одной, горячей, жидкости к другой, холодной. Поэтому и основные положения теплового расчёта для них остаются общими.

Реферат:

Пояснительная записка содержит 19 страниц, 2 таблицы, 3 рисунка и 8 наименования литературы.

Ключевые слова:

Теплообменник, тепловой котел, кожух, трубка, секция, насос, коэффициент теплопередачи, температура конденсата, интегральный экономический эффект.

Объектом является трубчатый водоводяной теплообменник, в котором греющий теплоноситель является конденсат, а нагревающий – вода.

Целью работы является конструктивный расчет воздухоподогревателя и составления его эскиза, определение площади теплообменной поверхности, со стороны воды, со стороны конденсата и местности конденсатного и водяного насосов. В экономическом расчете за критерий эффективности приняли чистый дисконтированный эффект за 2 года.

В работе выполнены тепловой, гидравлический и экономический расчеты. Определена тепловая мощность теплообменника, его поверхности нагрева при заданных условиях, гидравлическое сопротивление и мощности конденсатора водяного насоса. Критерием эффективности является интегральный эффект.

Задание:

При заданном расходе и параметре греющего и нагреваемого теплоносителей рассчитать кожухотрубный водоводяной подогреватель.

По трубам движется вода, а в межтрубном пространстве движется конденсат. Среднее давление воды и конденсата в теплообменнике принять равным 0,5 Мпа.

Стальные трубки в теплообменнике расположены по вершинам равностороннего треугольника, с шагом между трубами S=1,30 мм.

Выполнить тепловой, гидравлический и экономические расчеты в соответствии с выданными исходными данными.

По основным вычисленным размерам вычертить эскиз теплообменника в масштабе. Значение температур теплоносителей, схемы их жвижения и характеристики трубного пункта приведены в таблице 1;

Таблица 1. Источник данных к заданию:

№ варианта	Схемы движения теплонос.	Wв, м/с	Gв, кг/с	t'в, ºС	t"в, ºС	t'к, ºС	t"к, ºС	dнтр∙δтв, мм	S/dнтр, мм
10	прямоток		125	10	60	120	80	16×2	1.31

Расположение труб – по концентрическим окружностям, материал труб – латунь.

Основная часть:

1. Тепловой расчет

   1. Средние температуры теплоносителей:

- вода ºС

- конденсат ºС

1.2. Теплофизические свойства теплоносителей:

Наименование величины обозначения	Размерность	Вода	Конденсат
Теплоемкость, ср		4,174	4,22
Плотность,		992,2	958,4
Коэффициент теплопроводности, λ		63,5	68,3
Коэффициент кинематической вязкости, ν
Число Прандтля, Рr	-	4,31	1,75

1.3. Тепловая мощность теплообменника:

где G_в – массовый расход воды,

- удельная теплоемкость при средней температуре воды,

– температура воды на входе,

- температура воды на выходе,

- КПД теплообменника

1.4. Массовый расход конденсата:

1.5. Число трубок одного хода теплоносителя воды:

где = 16- 4=12

1.6. Внутренний диаметр корпуса теплообменника:

где S – шаг между трубками

Полученное значение округляем до ближайшего стандартного значения, то есть = 600

1.7 Уточняем число трубок одного хода.

1.8 Уточняем площадь проходного сечения одного хода воды.

9 уточняем скорость воды в одно ходе теплообменника.

1.10 Площадь проходного сечения одного хода конденсата.

1.11 Определяем скорость конденсата в одном ходе.

1.12 Коэффициент теплоотдачи со стороны воды.

1.12.1 Число Рейнольдса:

По числу Рейнольдса определяем режим течения воды в трубках теплообменника. Так как , получается турбулентный режим.

1.12.2 Число Нуссельта

По установившемуся турбулентному режиму течения воды из справочной литературы выбираем соответствующие уравнение подобия для определения числа Нуссельта.

1.12.3 Коэффициент теплоотдачи воды.

[ ]

1.13 Коэффициент теплоотдачи со стороны конденсата.

1.13.1 Число Рейнольдса конденсата.

По вычисленному числу Рейнольдса определяем режим течения конденсата. Так как , получается турбулентный режим.

1.13.2 Число Нуссельта для конденсата.

По установленному турбулентному режиму течения конденсата из справочной литературы выбираем расчетное уравнение подобия для вычисления числа Нуссельта

1.13.3 коэффициент теплоотдачи конденсата.

1.14 Коэффициент теплопроводности теплообменника.

где R₁- термическое сопротивление загрязнений со стороны воды: R₁=0,00023

R₂- термическое сопротивление загрязнений со стороны конденсата. Так как конденсат представляет собой чистое вещество, то R₂=0

- коэффициент теплопроводности материала трубки: для стали

1.15 Средний температурный напор в теплообменнике.

1.16 Поверхность теплообменника.

где Δt =0,5( Δt_к + Δt_м) = 0,5(60+70) =65°С

1.17 Протяжённость трубок в теплообменнике.

[м]

1.18 Число секций в теплообменнике.

[шт]

Где

Варьируем величиной нужно привести число секций к целочисленному значению.

2. Гидравлический расчёт.

2.1 Схема компоновки секций между собой.

2.2. Гидравлические сопротивления со стороны воды

2.2.1 Сопротивление трению.

[Па]

Где -коэффициент трения со стороны воды. Зависит от режима течения и соотношения: , так как режим турбулентный то

- определяется при температуре =35°С

- определяется при температуре стенки °С

2.2.2 местные сопротивления

Где

2.2.3 Суммарное гидравлическое сопротивление со стороны воды.

[Па]

2.3 Гидравлическое сопротивление со стороны конденсата.

2.3.1Сопротивление трения.

319,21 [Па]

Где - по аналогии с водой.

2.3.2 Местные сопротивления.

[Па]

где

где - коэффициенты местных сопротивлений соответственно на входе, выходе и поворотах.

2.3.3 Суммарное гидравлическое сопротивление со стороны конденсата.

[Па]

2.4 Расчёт мощности насоса.

2.4.1 Мощность насоса для прокачки воды.

[кВт]

где

2.4.2 Мощность насоса для прокачки конденсата.

[кВт]

где

3. Экономический расчёт.

3.1 Доход от внедрения мероприятия.

где - коэффициент дисконтирования:

здесь E - норма дохода на капитал равная 0.15.

R_t- доход на расчётном шаге t.

t – порядковый номер расчётного шага.

t_п=4 месяца

Доходы на расчётном шаге t

где Q – тепловая мощность теплообменника в киловаттах;

- продолжительность времени одного расчётного шага «в часах»:

- цена тепловой энергии

3.2 Необходимые затраты t=T.

- эксплуатационные затраты на расчётном шаге t.

P_F – коэффициент учитывающий увеличение производственных затрат в теплообменнике за счёт трубных решёток, корпуса теплообменника, камер, соединительных фланцев и патрубков. P_F =0.8 – для стальных трубок.

P_м – коэффициент монтажных затрат равный 0.7.

F – поверхность теплообмена из теплового расчёта [м²].

- суммарная мощность насосов воды и конденсата.

Ц_н = 21000 [руб./кВт]

Ц_F – стоимость 1 м² поверхности теплообменника

где - удельный вес единицы объёма материала труб: =7.8 т/м³

g_F – масса 1 м² поверхности теплообмена, т/м²

z – число ходов равное единице

Ц_G– стоимость 1тонны поверхности теплообмена (труб), для латуни 84000 руб./т

[руб.]

где Ц_э.э. – стоимость электроэнергии: Ц_э.э.=

Q – тепловая мощность теплообменника, кВт (1 кВт = 0,86·10^-3

Гкал/ч);

– стоимость 1т. воды

=0.15 – коэффициент амортизации (для энергетики)