Министерство
образования и науки Российской Федерации
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Архитектурно-строительный факультет
Кафедра теплогазоснабжения, вентиляции и гидромеханики
Курсовой проект
по дисциплине «Теоретические основы теплотехники»
Расчет теплообменной установки
Пояснительная записка
ОГУ 270800.62.5.2.12.253.ПЗ
Руководитель: ________________Костуганов А.Б.
“___” __________________2012 г.
Исполнитель:
студент гр. 11Стр(б)ТГВ
______________Клименко А.Е.
“___” ____________________2012 г.
Оренбург 2012
Министерство образования и науки Российской Федерации
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Архитектурно-строительный факультет
Кафедра теплогазоснабжения, вентиляции и гидромеханики
Задание на курсовой проект
Расчет теплообменных аппаратов
Исходные данные: Схема движения теплоносителей – противоток;
Обтекание труб воздухом – продольное;
Обтекание труб газом – продольное;
Материал труб – сталь;
Наружный диаметр труб dн = 0,032м;
Внутренний диаметр труб dв = 0,028м;
Расстояние «а» между трубами а = 0,03 м;
Расстояние «b» между трубами b = 0,036 м;
Расход воздуха Мв = 55 кг/с;
Абсолютное давление газа рг = 88290 Па;
Абсолютное давление воздуха рв = 490500 Па;
Температура
воздуха на входе в теплообменник
= 160˚С;
Температура
воздуха на выходе из теплообменника
= 300˚С;
Расход дымовых газов Мг = 51 кг/с;
Температура
газов на входе в теплообменник
= 400˚С;
Объемная доля углекислого газа rCO2 = 0.15;
Объемная доля водяного пара rh2o = 0,05;
Объемная доля кислорода rO2=0.2;
Объемная доля азота rN2 = 0.6;
Киломольная теплоемкость 3 атомных газов μсг = 37,7 кДж/кмоль/град;
Киломольная теплоемкость 2 атомных газов μсв = 29,3 кДж/кмоль/град;
Средняя скорость газов ωг = 28 м/с;
Средняя скорость воздуха ωв =31 м/с;
Потери теплоты в теплообменнике - 0,04.
Определить: Тепловую мощность;
Площадь поверхности нагрева трубчатого регенератора.
Дата выдачи задания "____"_____________2012 г.
Руководитель:
___________________________ А.Б. Костуганов
Исполнитель:
студент группы 11Стр(б)ТГВ А.Е. Клименко
Срок защиты проекта "____"____________2012 г.
Аннотация
Курсовая работа содержит 20 страниц, в том числе 4 рисунка, 2 источника.
В соответствии с заданием в курсовой работе производим расчет 10 задач.
Кроме того, после решения 10 задач, приступаем к расчету теплообменного аппарата со схемой движения теплоносителей – противоток, целью, которой является определить тепловую мощность и площадь поверхности нагрева трубчатого регенератора.
Содержание
Аннотация……………………………………………….………………4
Задача 1…………………………………………………………………..6
Задача 2…………………………………………………………………..7
Задача 3…………………………………………………………………..8
Задача 4…………………………………………………………………..8
Задача 5…………………………………………………………………..9
Задача 6……………………………………………………………….....10
Задача 7………………………………………………………….………11
Задача 8……………………………………………………….…………12
Задача 9………………………………………………………………….13
Задача 10…………………………………………………….…………..14
Задача 11 Расчет теплообменного аппарата………………….……….15
Задача
№1
Дано давление «р» равное 650 мм.рт.ст. Перевести данное давление в Па, м.вод.ст., ат, атм.
Дана температура «t» равная 130˚С. Перевести температуру в К, ˚F.
Дана энергия «Е» равная 3200 Дж. Перевести в ккал, кгс· м, кВт-ч
86659,5 Па
650
мм. рт. ст
= 650·
·9,81·13600·1,02·
= 8,8 м. вод. ст.
650
мм. рт. ст
= 650·
·9,81·13600·1,02·
= 0,88 ат
650 мм. рт. ст = 650· ·9,81·13600·1,02· ·0.9678 = 0,85 атм
130°C = 130° + 273 = 403 K
130°С = 32 + 1,8 · 130° = 266 °F
3200 Дж = 3,2 кДж
3,2 кДж = 3,2 · 0,239 = 0,764 Ккал
3,2 кДж = 3,2 · 102 = 326,4 кгс·м
3,2 кДж = 3,2 · 0,000278 = 0,008896 кВт- ч
Ответ: 1) 86659,5 Па; 8,8 м. вод. ст.; 0,88 ат; 0.85 атм
2) 403°F; 266 K
3) 0,764 Ккал; 326,4 кгс·м; 0,008896 кВт- ч
Задача
№2
Давление в котле по манометру составляет «р» равное 1,5 бар при показании барометра «b» равное 775 мм.рт.ст. Определить абсолютное давление в котле и выразить его в технических атмосферах.
Решение:
В = 775 · 1,06/780 = 1,05 ат
=
+ В
= 1,05 + 1,5 = 2,52 ат
Ответ: = 2,52 ат.м
Задача
№3
Определить абсолютное давление в воздуховоде, если длина столба жидкости в наклонной трубке микроманометра составляет «L» равная 150 мм, а угол наклона составляет «α» равный 45˚. Рабочая жидкость- этиловый спирт с плотностью 0,8 г/см3, а показание барометра «b» равно 0,8 МПа.
Решение:
L = 150 мм = 150 ∙ 10-3 = 0, 15 м;
ρ = 0,8 г/см3 = 0,8 ∙ 103 = 800 кг/м3;
ризб = ρ ∙ g ∙ h = ρ ∙ g ∙ L ∙ sin 45˚;
ризб = 800 ∙ 9.81∙ 0.15 ∙ sin 45˚
рабс = ризб + рбар;
рабс = 101832,4 Па.
Ответ: рабс = 101832,4 Па.
Задача №4
Как изменится плотность газа в сосуде, если при постоянной температуре показания манометра изменились от значения «р1» равное 1,1 МПа до «р2» равное 0,8 МПа.
Решение:
р1 = 1,1 ∙ 106 Па;
р2 = 0,8 ∙ 106 Па;
Так как Т = const, то по закону Бойля — Мариотта имеем:
р1
∙ ʋ1
= р2
∙ ʋ2
=>
=
=>
=
=>
.
Подставляя значения в полученную формулу, имеем:
=
;
ρ2
=
;
ρ2 = 0,75 ρ1 .
Ответ: Плотность уменьшится в 0,75 раз.
Задача
№5
В цилиндре с подвижным поршнем находится газ при постоянной температуре и разряжении «р1» равным 150 мм.рт.ст. При постоянной температуре газ сжимается до избыточного давления «р2» равное 8 ат. Барометрическое давление составляет «b» равное 765 мм.рт.ст. Во сколько раз уменьшится объем газа в данном процессе?
Решение:
=
;
ратм 1 = b - р1;
ратм 2 = b + р2 ;
Переведем все значения в одну единицу измерения в Па:
р1 = 150 ∙ 133,4 = 20010 Па;
р2 = 8 ∙ 98100 = 784800 Па;
b = 765 мм.рт.ст. = 102051 Па;
Подставляя значения в формулы, имеем:
ратм 1 = 102051 – 20010 = 82041 Па;
ратм 2 = 102051 + 784800 = 886851 Па;
Ответ: Объем уменьшится в 10,8 раз.
Задача
№6
Найти массу смеси кислород и углекислого газа, если объем смеси «V» равен 10 м3, избыточное давление «р» равно 6 ат, температура «t» равна 250˚С и объемный состав задан объемными долями «rO2» равен 0,2 , «rCO2» равен 0,8.
Решение:
рV
=
∙
R
∙
T;
Mсм
=
.
Вычисляем неизвестные значения, входящие в формулу для нахождения массы смеси:
T = 250˚С = 250 + 273 = 523 К;
μсм = μО2 ∙ rO2 + μСО2 ∙ rCO2 = 32 ∙ 0,2 + 44 ∙ 0,8 = 41,6 кг/ кмоль;
ра = ро + ризб = 7ат = 686700 Па.
Подставляем найденные значения в формулу:
Mсм
=
= 65,69 кг.
Ответ: Mсм = 65,69 кг.
Задача
№7
Объем «V» равный 6,5 м3 воздуха нагревается при постоянном давлении. Начальные параметры газа: избыточное давление «р1» равно 5,5 бар, температура «t1» равно 50˚ С. Нагревание производится до температуры «t2» равное 100 ˚ С. Найти количество подведенного тепла, считая теплоемкость постоянной.
Решение:
Qp = Vн.у. ∙ с`р (t2 - t1);
Найдем неизвестные значения, входящие в формулу для нахождения количества подведенного тепла:
р1 = 5,5 ∙ 105 = 5500000 Па;
t1 = 50+273 = 323 К;
с`р
=
1,3 кДж/кмоль∙
˚С;
Vн.у
=
=
= 35,3
м3
;
Qp = 35,3 ∙ 1,3 ∙ 50 = 2307,5 кВт.
Ответ: Qp = 2307,5 кВт.
Задача
№8
Поверхность нагрева состоит из плоской стальной стенки толщиной «S» равной 9 мм и коэффициентом теплопроводности λст = 40 Вт/(м∙˚С). По одну сторону стенки движется горячая вода, температура которой «t1» равная 130˚С и коэффициентом теплоотдачи «α1» равным 2300 Вт/(м2 ∙˚С). По другую сторону стенки движется воздух с температурой «t2» равной 30˚С и коэффициентом теплоотдачи «α2» равным 50 Вт/(м2 ∙˚С). Определить плотность теплового потока и значения температур на обеих поверхностях.
Решение:
q
=
;
q
=
4901,9
Вт/м2
.
;
=
127,87˚С.
;
128
˚С.
Ответ: q = 4901,9 Вт/м2 ;
127,87˚С;
128 ˚С.
Задача
№9
Воздух движется по каналу прямоугольного сечения, имеющему ширину «b» равную140 мм и высоту «h» равную 490 мм. Температура стенок равна 300˚С, а средняя температура воздуха равна 200˚С. Скорость воздуха «ω» равна 12м/с, абсолютное давление «р» равно 2,1 ат, массовая теплоемкость при постоянном давлении составляет 1033 Дж/(м2 ∙˚С). Определить значение коэффициента теплоотдачи от стенки к воздуху. Значения коэффициентов теплопроводности и абсолютной вязкости принять по соответствующим справочным таблицам.
Решение:
α
= 0,021 ∙
Найдем неизвестные значения, входящие в формулу для нахождения коэффициента теплоотдачи:
b= 140 мм = 0,14м;
h = 490мм = 0,49 м;
=
0.2 м;
ρв
=
1,5
кг/м3;
По таблице физических свойств газов определяем что:
;
-6
Па
∙
с.
α
= 0,021
∙
45,5
Вт/(м2
∙˚С)
Ответ: α = 45,5 Вт/(м2 ∙˚С)
Задача
№10
В
водоводяном подогревателе начальная
температура греющей жидкости составляет
«
»
равна 125˚С,
конечная «
»
равная 75˚С.
Начальная температура нагреваемой
жидкости «
»
равна 45˚С,
конечная «
»
равна 60˚С.
Найти среднюю логарифмическую разность
температур подогревателя для случаев
параллельного тока и противотока.
Решение:
Средняя логарифмическая разность температур подогревателя для параллельного потока:
=
125 - 60 = 65˚С
=75
- 45= 30˚С
Средняя логарифмическая разность температур подогревателя для противотока:
= 125 - 45 = 80˚С
=75 - 60= 15˚С
Ответ:
для
противотока
для
параллельного тока
Задача
№11