Устройство для передачи тепла

 

2.1.5 Уточнение температуры стенки

 

Воспользуемся формулой для вычисления среднего коэффициента теплопередачи:

 

где δ_w – толщина стенки (δ_w  = 0,001 м),

λ_w – теплопроводность стенки (значение λ_w = 52,6 Вт/(м·К) взято из справочника).

Средний температурный напор для противоточных  теплообменных аппаратов определяется как:

 

Запишем систему уравнений для определения  удельной теплопроизводительности аппарата:

 

Выразим из этой системы уравнений температуры  стенки со стороны греющей и нагреваемой жидкостей:

 

,

.

 

где .

Найдем  среднюю температуру во втором приближении:

.

 

Определим погрешность при нахождении средней  температуры стенки:

.

Т.к. погрешность  более 25 %, то температура стенки определена недостаточно точно. Требуется уточненный расчет.

 

2.1.6 Уточненный  расчет коэффициентов теплоотдачи

 

Примем  температуру стенки .

В этом случае определим коэффициент теплоотдачи  нагревающего теплоносителя по известной  методике. При изменившемся условии ; ; ; .

Аналогично  определим коэффициент теплоотдачи  нагреваемой среды. При изменившемся условии ; ; ; .

Уточним температуру стенки при новых  условиях.

Средний коэффициент теплопередачи будет  равен  ; средний температурный напор не изменится . В этом случае искомая температура стенки будет равна , что составляет 7% погрешности.

 

2.1.7 Определение теплопроизводительности аппарата

 

Найдем  теплопроизводительность аппарата из уравнения теплового баланса:

.

 

Найдем  площадь поверхности теплообмена:

 

2.2 Гидравлический расчёт кожухотрубного теплообменника

2.2.1 Определение суммарных потерь в трубном пространстве

 

Суммарные потери в трубном пространстве:

 

Длина трубок:

,

 

где n - количество трубок (n = 16).

 

Значит, длина трубок:

 

Для расчета  потерь по длине  используем формулу Дарси – Вейсбаха

,

 

где  λ – коэффициент Дарси,

Re ₂ – число Рейнольдса для трубного пространства.

Коэффициент Дарси определим по формуле:

.

Значит, потери по длине

.

 

В качестве местных сопротивлений рассматриваем  вход в трубную решетку и выход  из нее:

,

где  - плотность теплоносителя при t₁,

- скорость теплоносителя в трубном  пространстве,

- коэффициент местного сопротивления  входа,

- коэффициент местного сопротивления  выхода.

Коэффициент местного сопротивления входа:

.

 

Коэффициент местного сопротивления выхода:

,

 

где – площадь поперечного сечения кожуха:

,

 

 – суммарная площадь поперечного сечения всех трубок.

 

Рассчитаем  потери на местное сопротивление:

Тогда суммарные  потери:

 

2.2.2 Определение потерь в межтрубном пространстве

 

Суммарные потери в межтрубном пространстве:

.

 

Суммарное сопротивление в межтрубном пространстве равно сумме потерь по длине  и потерь на местное сопротивление .

Потери  по длине оцениваем по формуле  Дарси - Вейсбаха:

 

,

где    λ – коэффициент Дарси,

Re₁ – число Рейнольдса для межтрубного пространства.

Коэффициент Дарси определим по формуле:

.

 

Рассчитаем  потери по длине:

.

 

Потери  на местное сопротивление:

,

 

где - коэффициент местного сопротивления, который находится по формуле:

.

 

Рассчитаем  потери на местное сопротивление:

.

 

Тогда суммарные  потери в межтрубном пространстве составят:

.

 

Мощность  насоса для прокачки теплоносителя  через межтрубное пространство теплоносителя:

 

Заключение

 

В данной курсовом проекте были произведены тепловой и гидравлический расчеты кожухотрубного теплообменного аппарата.

В результате теплового расчета было определено:

1) теплопроизводительность аппарата q = 1680 Вт;

2) площадь  поверхности теплообмена F = 0,36 м².

В результате гидравлического расчета было определено:

1) потери  давления DР_тр = 12,8 кПа в трубном пространстве;

2) потери  давления DР_мт = 0,9 кПа и мощность насоса N₂ = 190 Вт в межтрубном пространстве.

Эскиз получившегося  теплообменника представлен в приложении А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Библиографический список

 

1  Булыгин Ю.А., Апасов В.Н. Расчет и проектирование теплообменного аппарата. Учебное пособие. Воронеж: «ВГТУ», 2006, 136 с.

2  Исаченко  В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. Учебник для вузов. 3-е изд. перераб. и доп. -М.: Энергия. 1975, 488с.

3  Краснощеков  Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. -М.: Энергия. 1980, 280с

4  Юдаев Б.Н. Теплопередача. –М.: Высшая школа.1973.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(обязательное)

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

(справочное)

 

Таблица Б.1 – Физические свойства воды в зависимости от температуры

 

t,°С	ρ, кг/м3	ср, кДж/(кг·К)	λ, Вт/(м·К)	ν, 10-6 м2/с	β, 10-4 К-1	Pr
0	999,9	4,212	0,551	1,789	-0,63	3,67
10	999,7	4,191	0,574	1,306	0,70	9,52
20	998,2	4,183	0,599	1,006	1,82	7,02
30	995,7	4,174	0,618	0,805	3,21	5,42
40	992,2	4,174	0,635	0,659	3,87	4,31
50	988,1	4,174	0,648	0,556	4,49	3,54
60	983,2	4,179	0,659	0,478	5,11	2,98
70	977,8	4,187	0,668	0,415	5,70	2,55
80	971,8	4,195	0,674	0,365	6,32	2,21
90	965,3	4,208	0,680	0,326	6,95	1,95
100	958,4	4,220	0,683	0,295	7,52	1,75

 

Таблица Б.2 – Физические свойства нефти в зависимости от температуры

 

t,°С	ρ, кг/м3	ср, кДж/(кг·К)	λ, Вт/(м·К)	μ, 10-4 Па·с	ν, 10-6 м2/с	β, 10-4 К-1	Pr
0	923,5	1,764	0,1498	574 836	622,4	6,77	6768
10	917,2	1,799	0,1490	263 960	287,8	6,77	3187
20	911,0	1,835	0,1482	135 725	149,0	6,77	1680
30	904,7	1,870	0,1474	76567	84,6	6,77	971
40	898,4	1,906	0,1466	46621	51,9	6,77	606
50	892,1	1,941	0,1458	30236	33,9	6,77	402
60	885,9	1,977	0,1450	20666	23,3	6,77	281
70	879,6	2,012	0,1442	14758	16,8	6,77	205
80	873,3	2,048	0,1434	10933	12,5	6,77	156
90	867,1	2,083	0,1426	8354	9,6	6,77	122
100	860,8	2,118	0,1418	6555	7,6	6,77	97