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. 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, .

 
 
 
 

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 –

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 D на нужную температуру Т можно воспользоваться формулой

          (2.3)

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 Ar и 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.