Контрольная работа по "Теплотехнике"

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 17 Февраля 2013 в 18:46, контрольная работа

Описание работы

1.Расход воздуха GB=0,1 кг/с
2.Номер охладителя — 1-й.
3.Температура воздуха на входе в охладитель 2 00
tB' = ТА-273,15=468,3 - 273,15=195,15 (по данным расчета компрессора).
5.Температура охлажденного воздуха tB" = 20°С.
6.Давление воздуха в охладителе р=0,5 МПа (из расчета компрессора).
7.Температура охлаждающей воды tж’ = 15° С.

Файлы: 1 файл

контрольная работа Хтбб ксюша и саша вариант 1.docx

— 35.73 Кб (Скачать файл)

Исходные данные

1.Расход  воздуха GB=0,1 кг/с

2.Номер  охладителя — 1-й.

3.Температура  воздуха на входе в охладитель  2 00

tB' = ТА-273,15=468,3 - 273,15=195,15 (по данным расчета компрессора).

5.Температура  охлажденного воздуха tB" = 20°С.

6.Давление  воздуха в охладителе р=0,5  МПа (из расчета компрессора).

7.Температура  охлаждающей воды tж’ = 15° С.

 

1.2. Расчет теплопроизводительности и расхода охлаждающей воды.

В рассматриваемом  случае она определятся расчетом компрессорной установки (как теплосъем  в холодильниках компрессора, отнесенный к одному охладителю) и может быть найдена по выражению:

1.2.1 расчет теплопроизводительности аппарата.

Q = GBCPB(tB' - tB")

Q =1,6* 1,02*(195,15-20) =285,85

Расход  воды определяется по формуле:

Gж = (Q/ (СРЖ (t’Ж-t”Ж)))*ηТ , кг/с

Gж = 285,85 *0,9 /(4,212*(18-15))=20,36

где t’Ж - температура воды на выходе из теплообменника.

Обычно  ее принимают на 5...8 ° С ниже самой низкой  температуры воздуха, чтобы его охлаждение осуществлялось по всей поверхности теплообмена

1.2.2 Определение расхода охлаждающей  воды.

СРЖ - средняя изобарная теплоемкость воды в интервале температур t’Ж-t”Ж. Она определяется по таблицам теплофизических свойств воды по Табл.1, СРЖ=4,212, ηТ=0,9.

ηТ - КПД теплообменника, который учитывает потери тепла

неизолированными  поверхностями в окружающую среду. Он

принимается порядка 0.9... 0.95.

 

 

1.3.Расчет коэффициента теплоотдачи со стороны воды.

На  теплообмен при движении жидкости в  трубах оказывают влияние режим  ее движения, теплофизические свойства жидкости, а также (в небольшой  степени) направление теплового  потока и длина трубы.

Так для течения жидкости в трубах при турбулентном режиме рекомендуется  уравнение:

Nu ж,d = 0,021 Re ж,d 0,8 Pr ж 0,43 Єq εe ,

Nu ж,d =0,021 *(12992,47)0,8*(7,02)0,43* 1,067* 1=101,219

Вычисление коэффициента теплоотдачи  производится в следующем порядке:

1. Вычисление коэффициента теплоотдачи производится в следующем порядке.

Находится определяющая (средняя) температура  жидкости в трубе:

t =( t’Ж + t''Ж)/2

t =(18+15)/2=16,5

2. По этой температуре находятся необходимые для расчета теплофизические свойства жидкости (плотность рж, кг/м3; коэффициент теплопроводности λж, Вт/м.град.; коэффициент кинематической вязкости vж , м /с и число Прандтля Рrж).

3. Выбирается скорость движения воды в трубах (обычно 0.5... 1.5 м/с, но не свыше 2 м/с во избежание эрозии труб).

wж=1 м/с.

4. Выбирается диаметр трубок аппарата, ориентируясь на выпускаемые отечественной промышленностью сортаменты труб 12/14; 13/15; 14/16; 15/17; 16/18; 17/19; 18/20 и т.д.

Пусть диаметр труб аппарата - 13/15.

Вычисляется безразмерный критерий Рейнольдса

Reж,d =wжdвж

Reж,d =1*13* 10-3/1,006* 10-6=12922,47

5. По найденному значению числа Рейнольдса устанавливается режим движения жидкости в трубах. Рекомендуется выбирать скорость жидкости и диаметр трубы таким образом, чтобы режим движения был турбулентным (>10000 - режим турбулентный).

6. Для вычисления поправки на направление теплового потока (к трубе или от трубы) Єq, учитывающей переменность теплофизических свойств жидкости по сечению трубы

Єq =( Prж / Рrс)0,25

Єq = (7,02/5,42) 0,25= 1,067

7. Поправка на длину трубы ε, учитывающая относительно малую толщину пограничного слоя на начальном участке трубы длиной L

ε l= 0.86 + 0.9(dB/l)0,4

ε l=0,86+0,9*(13/1)°,4=3,37

Поправка  на длину трубы ε е : приближении ε е=1

8. Число  Нуссельта вычисляется по таблице  4.

9. По известному числу Нуссельта находится коэффициент теплоотдачи

αж= Nuж*λж/dв, Вт/м2град

αж=101,219*0,599/0,013=4663,86 Вт/м2град

 

    1.  Вычисление коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха.

Для выравнивания условий теплоотдачи  со стороны обоих теплоносителей часто применяется оребрение поверхности со стороны воздуха, что позволяет в несколько раз увеличить поверхность теплообмена. Целесообразно начать с выбора параметров оребрения - высоты ребер h и шага между ребрами b

Расстояние  между ребрами (шаг ребер) рекомендуется  выбирать в пределах b=(0.25...0.5)dH.

Степень оребрения поверхности (т.е. отношение оребренной поверхности к гладкой) при этом может быть найдена из выражения:

εp=l + [(dH+2h)2-dH2]/2bdH

εp = 1+((0,015+2*(2*0,015/2))2 -0,0152)/(2*0,25*0,015)=13

1. Выбирается тип пучка: коридорный или шахматный. Предварительно задаются шагами между трубками (ориентировочно S1=S2=(1.5...2.5)d ), высотой h и шагом оребрения b.

2. Находится определяющая (средняя) температура воздуха

tB=(tB'+tB")/2, °С

tB=(195,15+20)/2=107,58 °С

3. По определяющей температуре воздуха tB по табл.2 выбираются теплофизические свойства: плотность рв, кг/м3; λв - коэффициент теплопроводности; vB - коэффициент кинематической вязкости.

рв=0,916 кг/м3

λв=0,0312

vB=23,91*10-6

4. Выбирается скорость движения воздуха (обычно 8...16 м/с).

wB=10 м\с

5. Вычисляется критерий Рейнольдса:

Reв,d =wBdH/ νB,

Reв,d = 10*0,015/23,91*10-6=6273,53

и определяется режим движения воздуха – переходный.

6. Выбирается критериальное уравнение для расчета теплоотдачи при поперечном обтекании пучка оребренных труб.

Критериальное уравнение для расчета теплоотдачи при поперечном обтекании пучка оребренных труб:

Nuв,d=  0,223* Reв,d0,65 *(dn/b)-0.54*(h/b)-0.14

Nuв,d = 0,223 • 6273,530,65 * (0.015/0.25*0.015)-0.54*((2*0.015/2)/0.25*0.014)-0.14 =25,54

7. Вычисляется поправка Єs , которая учитывает плотность пучка. Она определяется по выражению:

Єs =(1,5/2)0,166  =0,93

1.5. Вычисление коэффициента теплопередачи.

Приступая к вычислению коэффициента теплопередачи  в теплообменнике, необходимо, прежде всего, выбрать материал трубок - дюралюминий 96% - Al, 3-5% - Cu, 0,5% - Mg и для него определить коэффициент теплопроводности материала стенки: λс=165 Вт/м.град

Затем необходимо определить толщину стенок:

δ = (dH-dB)/2, м.

  δ = (15-13)/2=1 мм.

 

Предварительно  необходимо также оценить КПД  ребра из приближенного соотношения:

ηp=1-0.05εр

ηp = 1-0,05*16=0,2

 

Коэффициент теплопередачи оребренных труб с достаточной точностью может быть найден по формуле для плоской ребристой стенки:

αв = Nuв.d* λв/dn

αв = 25,54*(0,0315/0,015) = 53,63   Вт/(м2 град)

K = (1/( αв * εр* ηp)+ (δ *10-3)/ λс + 1/αж )-1

К = (1/(4663,86)+ (0,001 )/ 165 + 1/2171,616 )-1 = 165.36 Вт/

Согласно  этому выражению, коэффициент теплопередачи  приближается к эффективному значению коэффициента теплоотдачи ребристой стенки оставаясь меньше его:

αэф = αв εр ηp =53,63*16*0,2=171,616

 

1.6. Определение температурного напора.

Вычисление  среднеинтегрального (среднелогарифмического) температурного напора в охладителе целесообразно предварительно осуществить для схемы противотока и лишь затем внести в него поправку εl<1 на отклонение реальной схемы движения от противотока. Несложно убедиться, что максимальный температурный напор tб имеет место на горячем конце теплообменника и равен tB'-tЖ" , а наименьший температурный напор tM - на холодном его конце, где он равен tB"-tЖ'.

Для противотока и прямотока среднелогарифмический температурный напор определяется по выражению:

tcp =(tб -tM)/ln(tб /tM)

tcp = ((195.15-15)-(20-18))/ln((195,15-15)/(20-18))=39,58

С учетом поправки εt = 0.9...0.94 на смешанный ток

t 'cp = t cp εt

t 'cp =39,58 *0,9=35,62

1.7. Вычисление поверхности теплообмена

Тепловой  расчет завершается определением расчетной  поверхности теплообмена аппарата FT, м2 из уравнения теплопередачи:

Fm =Q/ (k t 'cp)

Fm =285,85*103/(165,36 *35,62)=48.53 м2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ.

Определение конструктивных характеристик  воздухоохладителя целесообразно  проводить в следующей последовательности.

1. «Живое сечение» для прохода воды Fж находится исходя из данного расхода воды Gж, ее скорости Wж и ее плотности рж. Находим суммарное сечение трубок:

Fж=Gж/ рж Wж2

Fж= 20,36\(998,2*1)=0,020 м2

2. Это сечение определяет число трубок, объединяемых в один ход по воде:

n1 =4Fж/пdв2

n1=4*0,020\(3,1416*0,0132)=150,68

Полученное значение округляют  до ближайшего целочисленного значения.

n1=151

3. Живое сечение для прохода воздуха определяется аналогично:

Fв=Gв/pbwb,m2

Fв=1,6\(0,916*10)=0,175 m2

4. Затем прорабатываются два варианта компоновки аппарата с расположением труб 2 и 4 хода по воде (Zж=2;4) и общим числом трубок

no6=Zж n1

no61=2*151=302

no62=4*151=604

5. Длина труб в каждом варианте

L=Fm/πdHno6,m

L1=48,53\(3,1416*0,015*302)=3,41м

L2=48,53\(3,1416*0,015*604)=1,71 м

6. Диаметр трубного пучка в каждом варианте

D'=no60.5S2, m

D'1= 3020,5*2*0,015=0,52 м

D'2= 6040,5*2*0,015=0,74м

7. Расстояние между перегородками по воздуху

h = Fв/D'(l-dH/S2),m

h 1=0,175\(0,52*(1-(0,015\2*0,015)))=0,67 м

h 2=0,175\(0,74*(1-(0,015\2*0,015)))=0,47 м

 

8. Длину трубок между перегородками h, округляют до ближайшего большего значения L’, кратного 
h.Тем самым обеспечивается запас поверхности теплообмена на случай ее 
загрязнения. Из двух вариантов компоновки (2-х и 4-х ходовой по воде) выбирают тот, в котором коэффициент запаса по поверхности

L'1=4,02 м

L'2=1,88 м

K3=F’m/Fm=L'/L

Кз1=1,18

Кз2=1,1

ближе к оптимальному (1.2... 1.3), а сам аппарат компактнее.

После этого определяются остальные  характеристики теплообменника:

Выбираем первое значение.

9.Число ходов по воздуху

ZB = L'/h

ZB=4,02/0,67=6 

определяет расположение патрубков  для подвода и отвода воздуха: при четном

числе ходов патрубки располагаются  с одной стороны корпуса аппарата, при

нечетном- с разных сторон его.

10.Число перегородок по воздуху

k=ZB -1

k=5

Диаметр корпуса D принимается несколько больше, чем диаметр трубного пучка

D > D’ + 2S2 ,м.

D=0,52+2*0,015*2=0,58 м

Диаметр подводящих патрубков для  воздуха принимается ориентировочно равным:

dn>Fb05,m

dn=Fв0,5=0,1750,5=0,418 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Источники литературы:

  1. Алексеев Г.Н. Общая теплотехника. Учебн. пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1980. – 552 с.
  2. Исаченко В.П. и др. Теплопередача. М.: Энергоиздат., 1981. – 417 с.
  3. Козина Л.Н. Расчет  проектирование воздухоохладителя компрессора.

Информация о работе Контрольная работа по "Теплотехнике"