Автор работы: Пользователь скрыл имя, 17 Февраля 2013 в 18:46, контрольная работа
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.
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
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:
tcр =( t’Ж + t''Ж)/2
tcр =(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 =wжdв/νж
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
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
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)dH ), 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.
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
tcp =(tб -tM)/ln(tб /tM)
tcp
= ((195.15-15)-(20-18))/ln((195,
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
Fm =Q/ (k t 'cp)
Fm =285,85*103/(165,36 *35,62)=48.53 м2
2. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ.
Определение конструктивных характеристик
воздухоохладителя
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 Wж,м2
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)=
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,
L2=48,53\(3,1416*0,015*604)=1,
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,
h 2=0,175\(0,74*(1-(0,015\2*0,
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
нечетном- с разных сторон его.
10.Число перегородок по
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
dn>Fb05,m
dn=Fв0,5=0,1750,5=0,418 м.
Источники литературы: