МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

Розрахунок теплообмінного апарату

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ВИКОНАННЯ КУРСОВОЇ РОБОТИ

для студентів спеціальності 7.092108

„Теплогазопостачання і вентиляція”

всіх форм навчання

Київ – 2004

УДК 621.1.016.7

ББК 31.31

Т 38

Укладачі: Е.С.Малкін, д-р техн. наук, професор

І.Е.Фуртат, канд. техн. наук, доцент

Рецензент: Ю.М.Кольчик, канд. техн. наук, доцент

Відповідальний за випуск А.А.Худенко, д-р техн. наук, професор.

Затверджено на засіданні кафедри теплотехніки,

протокол № 1 від “ 9 " вересня 2004 р.

Розрахунок теплообмінного апарату.

Т 38 Методичні вказівки до виконання курсової роботи.

Уклад.: Е.С.Малкін, І.Е.Фуртат - К.:КНУБА, 2004.- 12с.

Наведені дані для виконання курсової роботи і методика її виконання. Містяться необхідні довідкові відомості.

Призначені для студентів спеціальності 7.092108 "Теплогазопостачання і вентиляція" для використання при виконані курсової роботи.

Курсова робота з конструктивного розрахунку теплообмінного апарату рекуперативного типу виконується в кінці вивчення курсу „Тепломасообмін”. Мета її – поглибити знання з теорії передачі теплоти, практично застосувати їх до теплових і гідромеханічних розрахунків теплообмінних апаратів, а також придбати навички компонування теплообмінних апаратів.

Тепловий і гідромеханічний розрахунки тісно пов’язані з конструкцією теплообмінного апарату, тому вони повинні здійснюватися одночасно з компонуванням апарату.

Курсова робота оформлюється на стандартних аркушах (210×297 мм). В ній слід навести розрахункові формули, детальні обчислення з посиланням на джерела величин, що входять у рівняння, і кінцевий результат.

Вихідні дані на роботу вибирають з табл. 1 за двома останніми цифрами номеру залікової книжки: за передостанньою – перша половина завдання, а за останньою – друга. На першій сторінці курсової роботи слід привести вихідні дані та вказати мету і задачі виконання курсової роботи.

Курсова робота повинна бути виконана і захищена у встановлений за графіком термін.

Конструктивний розрахунок теплообмінного апарату

Задача конструктивного розрахунку – визначити при заданій тепловій потужності геометричні розміри теплообмінника.

Розрахунок виконується за допомогою системи трьох рівнянь: двох рівнянь теплового балансу для гарячого і холодного теплоносіїв та рівняння теплопередачі:

де Q – теплова потужність теплообмінника, Вт; с₁ і с₂ – масові теплоємності першого та другого теплоносіїв відповідно, Дж/(кг ∙^оС); t₁, t₁ – температури першого теплоносія на вході і виході, ^оС; t₂, t₂ – температури другого теплоносія на вході і виході, ^оС; k – коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м²∙ ^оС); – середньо логарифмічний температурний напір, ^оС, F – площа поверхні теплообміну, м².

З одного з рівнянь теплового балансу визначається теплова потужність теплообмінника, знаходиться коефіцієнт теплопередачі, як величина зворотна до суми термічних опорів процесам переносу теплоти, визначається середньо логарифмічний температурний напір і, нарешті, з рівняння теплопередачі обчислюється площа поверхні теплообміну.

Фізичні властивості теплоносіїв знаходяться за додатками 1– 3. Коефіцієнт теплопровідності матеріалу корпусу теплообмінника – за додатком 5.

Конструктивний розрахунок рекуперативного теплообмінного апарату виконується в такій послідовності.

1. Згідно із завданням (табл. 1) в залежності від роду теплоносіїв обирається напрям їх відносної течії: „вода – вода” – протитечія (як найбільш ефективна); „пара – вода” – прямотечія (при фазових переходах напрямок руху значення не має); „повітря – вода” – перехресна течія.

2. Задаємось температурою першого теплоносія на виході: для прямотечії – (але в нашому випадку, оскільки гарячий теплоносій пара, що конденсується, – його температура є сталою ); для протитечії – ;для перехресної течії – .

3. Визначаємо фізичні властивості теплоносіїв при їх середніх температурах ( ): густини ₁ і ₂, теплоємності с₁ і с₂, коефіцієнти теплопровідності ₁ і ₂, коефіцієнти кінематичної в’язкості ₁ і ₂ та числа Прандтля Pr₁ і Pr₂.

4. З рівняння теплового балансу для другого (холодного) теплоносія визначаємо теплову потужність теплообмінника, Вт:

5. З рівняння теплового балансу для першого (гарячого) теплоносія визначаємо його масові витрати, кг/с:

для води і повітря

для пари ,

де r – питома теплота пароутворення, Дж/кг.

5. Задаємось швидкостями теплоносіїв w₁ і w₂, обираючи їх таким чином, щоб вони забезпечували турбулентний режим руху теплоносіїв і не приводили до надто великих гідравлічних опорів: швидкість руху води приймають 1  2 м/с; швидкість парових і газових середовищ – 10  30 м/с.

6. Визначаємо кількість труб N₂ в одному ході теплообмінного апарату по холодному теплоносію, який рухається всередині труб

,

де d₁ – внутрішній діаметр труби.

Якщо кількість труб не є цілим числом, приймаємо найближче ціле і уточнюємо швидкість руху теплоносія

8. Задаємось робочою довжиною труб в теплообмінному апараті: „рідина – рідина” і „пара – рідина” – 2  4 м; „газ – рідина” – 0,5  1,6 м.

9. Знаходимо габарити каналів, по яких тече гарячий теплоносій:

де S₁ – живий переріз каналу.

Також знаходимо еквівалентні діаметри:

де u – змочений периметр.

Тоді для варіанту теплообмінника „труба в трубі” (розповсюджений для теплоносіїв „рідина – рідина”) маємо:

тобто ,

де d₂ – зовнішній діаметр внутрішньої труби; D – внутрішній діаметр зовнішньої труби.

В цьому випадку еквівалентний діаметр

.

Для багатоходового по трубному простору теплообмінника („пара – вода”):

тобто .

В цьому випадку еквівалентний діаметр

.

Для теплообмінника перехресного току („газ – рідина”) знаходимо поперечний крок пучка (в найбільш тісному ряду):

, тобто ,

де n – кількість труб в найтіснішому ряду; l – робоча довжина труби; s₁ – поперечний крок пучка.

В цьому випадку еквівалентний діаметр

.