Тепломассообмен
.docxФедеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(ННГАСУ)
Кафежра отопления и вентиляции
Расчетно-графическая работа:
«Основы конструирования и расчета теплообменных аппаратов»
Выполнил:
Студент гр.
Проверил: Г.М. Казаков
г. Нижний Новгород – 2015
Определить величину поверхности теплообмена, число секцийи мощность, необходимую для перемещения каждого теплоносителя водоводяного теплообменника типа «труба в трубе». Греющая вода движется по внутренней стальной трубе (коэффициенттеплопроводности ее λст=50 Вт/(м∙0C) диаметром d1/d2=57/51 мм и имеет температуру на входе t’1=110 0C, а на выходе t”1=60 0C. Нагреваемая вода движется противопотоком по кольцевому каналу между трубами и нагревается от t’2=20 0C до t”1=50 0C. Количество передаваемой теплоты Q=110 кВт. Диаметр внешней трубы D1/D2=108/102 мм. Длину одной секции принять l=2,8м. Потери теплоты через внешнюю поверхность теплообменника не учитывать.
Тепловой расчет
Находим среднеарифмектические значения температур первичного и вторичного теплоносителей и значение физических свойств воды приэтих температурах.
При температуре находим: плотность ρж1= 968,65кг/м3; кинематическую вязкость νж1= 0,346∙10-6м2/с; коэффициент теплопроводности λж1=0,677 Вт/(м∙0C); число Прандтля Prж1= 2,08; теплоемкость С ρ1=4,202 кДж/(кг∙0C).
При температуре находим: плотность ρж2= 994кг/м3; кинематическую вязкость νж2=0,732 ∙10-6м2/с; коэффициент теплопроводности λж2=0,627 Вт/(м∙0C); число Прандтля Prж2= 4,87; теплоемкость С ρ2=4,174 кДж/(кг∙0C).
Определяем расход первичного теплоносителя:
Определяем расход вторичного теплоносителя:
Скорость движения первичного теплоносителя составит:
Скорость движения первичного теплоносителя составит:
Определяем число Рейнольдса для первичного теплоносителя по формуле:
Температура стенки незвестна, поэтому задаемся ее значением:
При tcт1=60 0C, число Прандтля равно Pr= 2,93
Режим течения турбулентный, следовательно, расчет числа Нуссельта ведем по формуле:
Находим коэффициент теплоотдачи от первичного теплоносителя к стенке трубы:
Определяем число Рейнольдса для вторичного теплоносителя по формуле:
где - эквивалентный диаметр. Для кольцевого канала:
Принимаем в первом приближении tcт2= tcт1и, следовательно, число Прандтля равно: Pr= 2,93
Режим течения турбулентный, поэтому расчет числа Нуссельта введем по формуле для теплопередачи при турбулентном течении в каналах кольцевого сечения:
Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы ко вторичному теплоносителю равен:
Поскольку отношение диаметров d2/ d1<2, определяем коэффициент теплопередачи по уравнению для плоской стенки:
где
Определим величины условных эквивалентов W1 и W2:
Схема распределения температур теплоносителей по длине теплообменника имеет вид:
Среднелогарифмический температурный напор равен:
Определяем плотность теплового потока:
Поверхность теплообмена составляет:
Число секций равно:
где - диаметр поверхности с минимальным коэффициентом теплоотдачи.
Полученное число n округляем до большего целого числа. Уточняем температуру поверхности стенки трубы со стороны горячего теплоносителя:
Температура поверхности стенки трубы со стороны холодного теплоносителя:
При этих температурах числа Прандтля составляют:
Prст1= 2,57 Prст2= 2,66
Поправки на изменение физических свойств жидкости по сечению потока равны:
(в расчете принято 0,918)
(в расчете принято 1,135)
Полученные значения меньше чем на 10% отличаются от принятых в расчете. Перерасчет не требуется.
Определяем диаметр патрубков для вторчного теплоносителя:
Полученное значение округляем до ближайшего стандартного по ГОСТ для труб.
Гидродинамический расчет.
Определяем составляющие для расчета гидравлического сопротивления при движении первичного теплоносителя.
Полная длина трубки одного хода первичного теплоносителя:
где - предварительная толщина трубной доски (уточняется при расчете на прочность).
Сопротивление трения составляет:
Коэффициент сопротивления трения расчитан по соотношению:
Величина коэфффициента местного сопротивления зависит от вида местного сопротивления:
- входная камера (удар и поворот)
- поворот на угол 1800С в V-образных трубках
-выход из трубного пространства
Суммарный коэффициент местного сопротивления равен
Потери давления в местных сопротивлениях определяем по соотношению:
Общие потери давления для первичного теплоносителя составят:
Мощность, необходимая для перемещения первичного теплоносителя, равна:
где - коэффициент полезного действя насоса.
Определяем гдравлическое сопротивления для вторичного теплоносителя.
Коэффициент сопротивления трения расчитан по соотношению:
Сопротивление трения составляет:
Величина коэфффициента местного сопротивления зависит от вида местного сопротивления:
- входная камера (удар и поворот)
- переход из одной секции в другую
-выход из межтрубного пространства
Суммарный коэффициент местного сопротивления равен
Потери давления в местных сопротивлениях определяем по соотношению:
Общие потери давления для вторичного теплоносителя составят:
Мощность, необходимая для перемещения вторичного теплоносителя, равна: