Кузнецов-18.78
.pdfВ. Н. КУЗНЕЦОВ, М. В. КОКШАРОВ
ТЕПЛОМАССООБМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ
ОМСК 2014
Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта Омский государственный университет путей сообщения
–––––––––––––––––––––––––––––––––––
В. Н. Кузнецов, М. В. Кокшаров
ТЕПЛОМАССООБМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ
Утверждено редакционно-издательским советом университета
вкачестве заданий на курсовую работу и методических указаний
кее выполнению для подготовки бакалавров по направлению 140100 – «Теплоэнергетика и теплотехника»
Омск 2014
УДК 621.184.64(075.8) ББК 31.368я73
К89
Тепломассообменное оборудование предприятий: Задания на курсовую работу и методические указания к ее выполнению для подготовки бакалавров по направлению140100 – «Теплоэнергетика и теплотехника» / В. Н. Кузнецов, М. В. Кокшаров; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2014. 29 с.
Представлены задания на курсовую работу в 25 вариантах, последовательность теплового расчета теплообменной и сушильной установок
иопределения эффективности их работы. Приведен необходимый справочный
играфический материал для выполнения расчетов.
Предназначены для подготовки бакалавров по направлению140100 – «Теплоэнергетика и теплотехника» – очной и заочной форм обучения.
Библиогр.: 6 назв. Табл. 6. Рис. 3.
Рецензенты: доктор техн. наук, профессор Е. И. Сковородников; канд. техн. наук, доцент А. Л. Иванов.
Омский гос. университет путей сообщения, 2014
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Введение .................................................................................................................. |
5 |
|
1. |
Задание 1 .............................................................................................................. |
6 |
2. |
Методические указания к заданию 1................................................................. |
7 |
3. |
Задание 2 .............................................................................................................. |
12 |
4. |
Методические указания к заданию 2................................................................. |
16 |
4.1. Определение производительности сушилки по влаге............................... |
16 |
|
4.2. Определение расхода тепла и топочных газов на один килограмм |
|
|
испаренной влаги.................................................................................................. |
16 |
|
4.3. Определение расхода топлива и КПД сушилки......................................... |
20 |
|
4.4. Определение размеров барабанной сушилки ............................................. |
21 |
|
4.5. Определение времени пребывания материала в сушилке ....................... |
27 |
|
Библиографический список ................................................................................... |
28 |
|
3
4
ВВЕДЕНИЕ
Вкурсе «Тепломассообменное оборудование предприятий» изучаются различные теплоиспользующие установки, применяемые для осуществления тепловых процессов на предприятиях промышленности и железнодорожного транспорта.
Вкурсовой работе предлагается произвести расчет двух типов теплообменных установок: пароводяного подогревателя и конвективной барабанной сушилки.
Цель курсовой работы – закрепление и углубление полученных знаний, ознакомление со специальной и справочной литературой, государственными и отраслевыми стандартами, а также развитие навыков самостоятельного решения инженерных задач и технически грамотного изложения пояснительной записки.
Исходные данные для выполнения заданий выбираются по таблицам вариантов в соответствии с порядковым номером студента в списке группы. Расчеты целесообразно иллюстрировать графиками и рисунками, точность получаемых результатов достаточно ограничить четырьмя значащими цифрами. Рекомендуется придерживаться следующей схемы записи вычислений: формула – численные вычисления – конечный результат – размерность. Расчеты следует производить в Международной системе единиц СИ с краткими пояснениями всех действий, а в заключение необходимо дать анализ полученных результатов и сделать соответствующие выводы.
5
1. ЗАДАНИЕ 1
Определить оптимальную скорость движения воды в трубках вертикального четырехходового пароводяного теплообменника теплопроизводитель-
ностью Q, в котором вода нагревается от температуры на входе t |
до темпера- |
в |
|
туры на выходе t . Вода движется внутри латунных трубок, наружный диаметр
в
которых dн равен 14 мм, внутренний dв – 12 мм. Коэффициент теплопровод-
ности латунной стенки с = 104,5 Вт/(м К). Греющий пар является насыщенным и имеет давление p . Тепловые потери в окружающую среду составляют 2,5 %
от подводимого тепла. Число часов использования насоса – nи , |
КПД насоса |
||||
0,75, |
КПД электродвигателя η 0,92 . |
Стоимость |
1 м2 |
поверхности |
|
н |
|
э |
|
|
|
нагрева |
подогревателя |
С 5000 р./м2 , |
стоимость |
электроэнергии |
|
|
|
f |
|
|
|
Сэ 1,65 |
р./(кВт ч). Доля годовых отчислений на амортизацию |
и текущий |
|||
ремонт подогревателя – ра , нормативный коэффициент эффективности капи-
тальных вложений – |
p |
н |
. Численные значения величин Q, |
t |
, t , p, |
n |
и |
, |
|
p |
а |
, |
p |
н |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
принять из табл. 1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
1 |
||||||||||
|
|
|
|
Исходные данные для задания 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Параметр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вариант |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Q, МВт |
|
t , С |
t , С |
p, МПа |
|
n |
|
, |
ч |
|
|
p |
|
|
|
p |
|
, |
|
1 |
|
|
|
|||
|
|
|
год |
|
|
|
|
|
год |
|
||||||||||||||||
|
|
|
в |
в |
|
|
|
и |
|
|
|
а |
|
|
|
|
н |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
1 |
2 |
|
|
3 |
4 |
5 |
|
|
|
6 |
|
|
7 |
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
1 |
1,0 |
|
|
30 |
105 |
0,15 |
|
3 000 |
|
|
0,080 |
|
|
|
0,174 |
|
|
|
||||||||
2 |
1,1 |
|
|
29 |
104 |
0,16 |
|
3 100 |
|
|
0,082 |
|
|
|
0,173 |
|
|
|
||||||||
3 |
1,2 |
|
|
28 |
103 |
0,17 |
|
3 200 |
|
|
0,084 |
|
|
|
0,172 |
|
|
|
||||||||
4 |
1,3 |
|
|
27 |
102 |
0,18 |
|
3 400 |
|
|
0,086 |
|
|
|
0,171 |
|
|
|
||||||||
5 |
1,4 |
|
|
26 |
101 |
0,19 |
|
3 500 |
|
|
0,088 |
|
|
|
0,170 |
|
|
|
||||||||
6 |
1,5 |
|
|
25 |
100 |
0,20 |
|
3 600 |
|
|
0,090 |
|
|
|
0,169 |
|
|
|
||||||||
7 |
1,6 |
|
|
24 |
99 |
0,21 |
|
3 700 |
|
|
0,092 |
|
|
|
0,168 |
|
|
|
||||||||
8 |
1,7 |
|
|
23 |
98 |
0,22 |
|
3 800 |
|
|
0,094 |
|
|
|
0,167 |
|
|
|
||||||||
9 |
1,8 |
|
|
22 |
97 |
0,20 |
|
3 900 |
|
|
0,096 |
|
|
|
0,166 |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6
О к о н ч а н и е т а б л. 1
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
7 |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
1,9 |
21 |
96 |
0,21 |
4 000 |
|
0,098 |
0,165 |
11 |
2,0 |
20 |
95 |
0,22 |
4 100 |
|
0,100 |
0,164 |
12 |
2,1 |
19 |
94 |
0,23 |
4 200 |
|
0,102 |
0,163 |
13 |
2,2 |
18 |
93 |
0,24 |
4 300 |
|
0,104 |
0,162 |
14 |
2,3 |
17 |
92 |
0,25 |
4 400 |
|
0,106 |
0,161 |
15 |
2,4 |
16 |
91 |
0,26 |
4 500 |
|
0,108 |
0,160 |
16 |
2,5 |
15 |
90 |
0,27 |
4 600 |
|
0,110 |
0,159 |
17 |
2,6 |
14 |
89 |
0,28 |
4 700 |
|
0,112 |
0,158 |
18 |
2,7 |
13 |
88 |
0,29 |
4 800 |
|
0,114 |
0,157 |
19 |
2,8 |
12 |
87 |
0,30 |
4 900 |
|
0,116 |
0,156 |
20 |
2,9 |
11 |
86 |
0,31 |
5 000 |
|
0,118 |
0,155 |
21 |
3,0 |
10 |
85 |
0,32 |
5 100 |
|
0,120 |
0,154 |
22 |
3,1 |
9 |
84 |
0,33 |
5 200 |
|
0,122 |
0,153 |
23 |
3,2 |
8 |
83 |
0,34 |
5 300 |
|
0,124 |
0,152 |
24 |
3,3 |
7 |
82 |
0,35 |
5 400 |
|
0,126 |
0,151 |
25 |
3,4 |
6 |
81 |
0,36 |
5 500 |
|
0,128 |
0,150 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЗАДАНИЮ 1 |
|
||||||
Оптимальная скорость движения воды в трубках wоп |
соответствует ми- |
|||||||
нимальным годовым приведенным затратам, определяемым по формуле, р./год:
Зmin pнК И , |
(1) |
где К – начальная стоимость нагревателя, р.; И – ежегодные текущие расходы, р./год.
Наличие оптимальной скорости движения воды в трубках пароводяного нагревателя вызвано тем, что с увеличением скорости движения воды w возрастает коэффициент теплопередачи k, уменьшается требуемая площадь поверхности нагрева F и, следовательно, начальная стоимость нагревателя К Сf F. Однако при этом возрастают потери давления воды p , расход
7
электроэнергии Э на перекачку воды и связанные с ним ежегодные текущие расходы:
И раК СэЭ . |
(2) |
Расчет параметров k, F, p, К, Э, И, З следует произвести, изменяя скорость движения воды w от 0,5 до 2,0 м/с с шагом 0,25 м/с, результаты расчета свести в табл. 3 и построить графические зависимости k, F, p, К, Э, И, З от w. Если зависимость З f w незначительна, то диапазон изменения значений w необходимо расширить.
Прежде всего требуется определить коэффициент теплопередачи от пара к нагреваемой воде через стенку трубы толщиной с :
k |
|
|
|
1 |
|
|
|
, |
(3) |
|
|
|
|
|
|||||
|
1 |
|
δc |
|
1 |
|
|||
|
|
αп |
λc |
αв |
|
||||
|
|
|
|
|
|||||
где αп – коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к наружной
поверхности трубок, |
|
Вт |
; |
||
|
|
||||
м2 К |
|||||
|
|
|
|||
αв – коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности трубок к на- |
|||||
греваемой воде, |
Вт |
|
. |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|||
|
м2 К |
|
|||
Для расчета αп |
|
при конденсации пара на вертикальных трубках необхо- |
|||
димо знать температуру внешней поверхности стенки tc2 и высоту трубки Н.
Так как значение этих величин неизвестно, то расчет проводится методом по-
следовательных приближений. Предварительно задаются: tc2 |
tн |
Δt |
; H 2 |
м. |
|||||||
2 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Средняя разность значений температуры между теплоносителями |
|
||||||||||
|
t |
t |
|
|
|
|
|
|
|||
t |
|
в |
|
в |
|
. |
|
|
|
(4) |
|
|
|
н |
t |
|
|
|
|
||||
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|||
|
ln |
|
в |
|
|
|
|
|
|
||
|
t |
н |
t |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
в |
|
|
|
|
|
|
||
Приведенная длина трубки, м, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z HA1 tн tc2 . |
|
|
|
(5) |
|||||||
8
Если Z 2 300, то режим течения пленки конденсата ламинарный и расчет ведется по формуле:
|
αп |
|
|
3,8 Z0,78 |
|
. |
|
|
|
|
|
(6) |
|||||
|
|
H B tн tc2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Значение безразмерных коэффициентов A1 и B принимаются из табл. 2 |
|||||||||||||||||
путем интерполяции в зависимости от tн . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
2 |
||
Численные значения безразмерных коэффициентов A1 и B |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tн , C |
|
|
|
A , |
|
1 |
|
|
|
|
|
B 103, |
м |
|
|
||
|
|
м К |
|
|
|
|
|
Вт |
|
||||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
80 |
|
|
|
34,5 |
|
|
|
|
|
4,88 |
|
|
|||||
90 |
|
|
|
42,7 |
|
|
|
|
|
5,57 |
|
|
|||||
100 |
|
|
|
51,5 |
|
|
|
|
|
6,28 |
|
|
|||||
110 |
|
|
|
60,7 |
|
|
|
|
|
6,95 |
|
|
|||||
120 |
|
|
|
70,3 |
|
|
|
|
|
7,65 |
|
|
|||||
130 |
|
|
|
82,0 |
|
|
|
|
|
8,47 |
|
|
|||||
140 |
|
|
|
94,0 |
|
|
|
|
|
9,29 |
|
|
|||||
150 |
|
|
|
107,0 |
|
|
|
|
|
10,15 |
|
|
|||||
160 |
|
|
|
122,0 |
|
|
|
|
|
11,09 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
При Z 2 300 режим течения пленки конденсата турбулентный, для ко- |
|||||||||||||||||
торого число Рейнольдса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,333 |
|
|
|
||
|
|
Pr |
|
0,25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Re 253 0,069 |
|
|
Pr0,5 |
Z 2300 |
|
. |
|
|
(7) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
Prc2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
αп |
|
|
|
|
|
Re |
|
. |
|
|
|
|
|
(8) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
H B tн tc2 |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Для определения коэффициента теплоотдачи со стороны мают из справочных таблиц при средней температуре воды tв следующие физические параметры:
воды прини-
0,5 t t
вв
9