Расчет теплообменного аппарата труба в трубе

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

Расчетно – графические работы №1, №2.

Выполнил: студент гр № 07-41 Гараева А.И.

Шифр 11-06-023

Проверил: преподаватель Замалеев З.Х.

Казань 2010

Расчетно – графическая работа. Вариант №8.

1. Расчет теплообменного аппарата «труба в трубе».

Задание: Определить поверхность нагрева и число секций теплообменника типа «труба в трубе». Нагреваемая жидкость (вода) движется по внутренней стальной трубе () диаметром и имеет температуры: на входе , на выходе

Расход нагреваемой жидкости

Тепло к нагреваемой жидкости передается от конденсирующегося в кольцевом канале между трубами пара. Температура конденсации

Расположение теплообменника – горизонтальное, длина одной секции

К пояснительной записке приложить эскизный чертеж теплообменника. Размеры наружной трубы выбрать конструктивно.

Расчет.

Тепловой расчет теплообменных аппаратов основан на совместном решении уравнения теплового баланса и уравнения теплопередачи. Из первого уравнения можно найти количество тепла, расходуемого на тепловой процесс, а также расходы теплоносителей. Второе уравнение позволяет определить поверхность теплообмена, необходимую для проведения теплового процесса.

1.1 Определение количества передаваемого тепла и расхода пара.

Уравнение теплового баланса имеет вид:

(1.1)

где – - количество передаваемого тепла, Вт

- расходы, соответственно греющего и нагреваемого теплоносителей, кг/с.

- изменение энтальпии соответствующих теплоносителей, Дж/кг

При отсутствии изменения агрегатного состояния

(1.2)

где – средняя удельная теплоемкость жидкого теплоносителя в интервале температур от до ,

и – начальная и конечная температуры теплоносителя,

С учетом (1.2) уравнение (1.1) примет вид

(1.3)

Тогда расход греющего пара определиться как

(1.4)

- соответственно, энтальпии греющего пара и конденсата, .

1.2 Определение поверхности теплообмена.

Необходимая для теплового процесса поверхность теплообмена определяется из уравнения

(1.5)

где К – коэффициент теплопередачи,

- средний температурный напор,

F – поверхность теплообмена,

Из (1.5) имеем:

(1.6)

Характер зависимости для расчета определяется направлениями возможного движения теплоносителей, в рассматриваемой задаче:

(1.7)

где

При расчете теплообменных аппаратов с тонкостенными трубами () можно пользоваться формулой для коэффициента теплопередачи через плоскую стенку

(1.10)

который и заложен в уравнениях (1.5) и (1.6)

- толщина стенки трубы,

- коэффициент теплопроводности материала трубы.

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке может быть определен по формуле:

(1.11)

где - приведенный критерий Рейнольдса – вычисляется по критериальной зависимости (4.15) [2];

- температура стенки со стороны пара – в первом приближении

В – комплекс, значение которого приведены в табл.4.13 [2].

При

Коэффициент теплоотдачи от стенки к движущейся жидкости рассчитывается по формуле:

(1.12)

где - вычисляется по критериальным зависимостям (4.6 – 4.9) [2] в зависимости от значения

- коэффициент теплопроводности жидкого теплоносителя,

В критериальных зависимостях и определяется при температуре

а - при температуре

где перепад температур в стенке

(1.13)

Критерий Рейнольдса для воды:

где - кинематическая вязкость воды

По найденным величинам и рассчитывается коэффициент теплопередачи К.

Затем проверяется принятое значение . Если принятая и рассчитанная по соотношению

(1.14)

величины отличаются более чем на 5%, задаемся новым значением и повторяем расчет.

Величины отличаются более чем на 5%, поэтому задаемся новой температурой стенки

Рассчитанные аналогично по выше приведенным формулам величины:

Ошибка менее 5%.

Рассчитав далее поверхность теплообмена по (1.6), определяем число секций по формуле:

, где - поверхность теплообмена одной секции.

где - диаметр (наружный) паровой трубы (принимаем конструктивно)

2. Расчет количества тепла и пара при испарении жидкости с открытой поверхности.

Задание: Определить количество тепла и пара, поступающее в воздух помещения с открытой поверхности ванны с водой. Длина ванны , ширина . Температура воды в глубине – . Ванна находится в зоне действия воздушного потока, имеющего скорость параметры воздуха: температура – , барометрическое давление – . Относительная влажность воздуха –

2.1 Определение количества пара, поступающего в воздух.

Количество пара (испарившейся жидкости) определяется по формуле:

(2.1)

где - коэффициент массоотдачи, м/с:

D – коэффициент диффузии, :

L – определяющий размер, м:

- вычисляется по критериальному уравнению (4.16) [2] в зависимости от значений

Ar и Pr;

F – площадь поверхности испарения, м².

Концентрация водяного пара в воздухе определяется по уравнению состояния

(2.2)

р – парциальное давление пара при температуре паровоздушной смеси, Па – определяется по таб.11 [2];

- универсальная газовая постоянная, ;

- молекулярная масса пара, кг/кмоль.

Т_n – абсолютная температура поверхности жидкости.

- концентрации водяного пара, соответственно над поверхностью жидкости и в окружающей среде, кг/м³;

В качестве определяющей берется

, где - температура поверхности жидкости, -принимается на 2 ⁰С ниже .

Значение коэффициента диффузии D_табл приводится в табл.2 [2]. Для расчета Dна нужную температуру Т можно воспользоваться формулой

(2.3)

2.2 Определение количества тепла, переносимого в воздух.

Общее количество тепла, отдаваемое поверхностью жидкости при испарении, составляет:

(2.5)

где - количество тепла, переносимого в воздух вместе с паром, Вт;

- количество тепла, переносимого в воздух помещения конвективным путем, Вт;

- количество тепла, отдаваемого поверхностью воды излучением, Вт.

Составляющие уравнения (2.5) определяются по формулам:

или (2.6)

(2.7)

(2.8)

В формулах (2.6 – 2.8):

- коэффициент конвективной теплоотдачи, ;

Nu– вычисляется по уравнению (4.16) [2] в зависимости от значений Arи Pr;

- приведенная степень черноты системы – в условиях помещения можно принять - 0.9;

С_о=5,67 – коэффициент излучения абсолютно черного тела,

- коэффициент теплопроводности жидкости

Список использованных источников

1. Кушнырев В.И., Лебедев В.И., Павленко В.А. Техническая термодинамика и теплопередача. – М.: Стройиздат, 1986. – 464с.
2. Справочные таблицы теплофизических свойств веществ. – Казань: Офсет КГАСА, 2001, - 26с.