ВСТУП
Розвиток силових установок у всіх областях техніки в даний час характеризується різким збільшенням потужності в одному агрегаті, підвищенням ефективного к.к.д. установок. Успішне вирішення цих завдань не можливо без застосування досконалих теплообмінних пристроїв.
У залежності від призначення апарати використовують як нагрівачі і як охолоджувачі. Теплообмінники за способом передачі теплоти підрозділяють на поверхневі, де відсутній безпосередній контакт теплоносіїв, а передача тепла відбувається через тверду стінку, і змішувальні де теплоносії контактують безпосередньо. Поверхневі теплообмінники в свою чергу поділяються на рекуперативні і регенеративні, в залежності від одночасного чи почергового контакту теплоносіїв з розділяє їх стінкою.
рекуперативного називають теплообмінники, в яких теплообмін між теплоносіями відбувається через розділяє їх стінку. Вони можуть працювати як в безперервному, так і в періодичних режимах. Більшість рекуперативних теплообмінників працюють в безперервному режимі.
кожухотрубчасті теплообмінників набули найбільшого поширення, вони призначені для роботи з теплоносіями рідина-рідина, газ-газ і являють собою апарати виконувані з пучків труб. За кількістю ходів все кожухотрубчасті теплообмінники поділяють на: одна, двох, чотирьох і шестіходовие.
Пластинчасті теплообмінники мають плоскі паралельні поверхні теплообміну, які утворюють канали для проходу теплоносіїв. Такі теплообмінники застосовують для теплоносіїв з приблизно рівними коефіцієнтами тепловіддачі. Для інтенсивності процесу теплообміну і для збільшення площі поверхні теплообміну пластин надають різний профіль.
Виконання курсової роботи з курсу В«ТепломасообмінВ» дозволить закріпити знання з основних розділів дисципліни.
Курсова робота складається з розрахункової частини та графічної і виконується по наступних розділах:
1. Тепловий конструктивний розрахунок рекуперативного кожухотрубчасті теплообмінника.
2. Тепловий розрахунок пластинчастого теплообмінника.
1. ТЕПЛОВОЇ КОНСТРУКТИВНИЙ РОЗРАХУНОК рекуперативного кожухотрубчасті теплообмінника
кожухотрубчасті теплообмінні апарати можуть використовуватися в якості теплообмінників, холодильників, конденсаторів і випарників. Теплообмінники призначені для нагрівання й охолодження, а холодильники для охолодження (водою або іншим нетоксичним, непожаро-і невибухонебезпечним холодоагентом) рідких і газоподібних середовищ. Кожухотрубчасті теплообмінники можуть бути наступних типів: ТН - теплообмінники з нерухомими трубними решітками; ТК - теплообмінники з температурним компенсатором на кожусі і жорстко закріпленими трубними гратами; ТП - теплообмінники з плаваючою головкою, жорстким кожухом і жорстко закріпленої трубної гратами; ТУ - Теплообмінники з U-подібними трубками, жорстким кожухом і жорстко закріпленої трубної гратами; ТС - теплообмінники з сальником на плаваючій голівці, жорстким кожухом і жорстко закріпленої трубної гратами (Малюнок 1, Додаток 1).
Найбільша допустима різниця температур кожуха і труб для апаратів типу Н може становити 20-60 Вє С, в залежності від матеріалу кожуха і труб, тиску в кожусі і діаметра апарата.
Теплообмінники та холодильники можуть встановлюватися горизонтально або вертикально, бути одно-, двох-, чотирьох-і шестіходовимі по трубному простору. Труби, кожух та інші елементи конструкції можуть бути виготовлені з вуглецевої або нержавіючої сталі, а труби холодильників - з латуні. Розподільні камери і кришки виконують з вуглецевої сталі.
Даний розрахунок проводиться для визначення площі поверхні теплообміну стандартного водо-водяного рекуперативного теплообмінника, в якому гріюча вода надходить у труби, що нагрівається вода - в Міжтрубний простір.
Завдання: Виконати теплової конструктивний розрахунок водоводяного рекуперативного підігрівача продуктивністю Q. Температура гріючого теплоносія на вході в апарат Вє С. Температура нагрівається теплоносія на вході в теплообмінник Вє С, зміна температури нагрівається теплоносія в апараті К. Масовий витрату гріючої теплоносія - кг/с, що нагрівається теплоносій - кг/с. Поверхня нагріву виконана з труб діаметром мм.
Труби в трубній решітці розташовані по вершинах рівносторонніх трикутників. L - довжина труб, попередньо приймається рівною 3,0 м. Схема руху теплоносіїв - протитечія. Матеріал труб теплообмінного апарату вибирається в відповідності з варіантом. Втратами тепла в навколишнє середовище знехтувати.
1.1 Розрахунок кількості переданого тепла
Рівняння теплового балансу для теплообмінного апарата має вигляд:
(1.1)
де - кількість теплоти в одиницю часу, віддане гріючим теплоносієм, Вт;
- кількість теплоти в одиницю часу, сприйняте нагрівається теплоносієм, Вт;
- втрати теплоти в навколишнє середовище, Вт
Оскільки за умовою, то кількість переданого тепла в одиницю часу через поверхню нагріву апарату, Вт, ([7]):
(1.2)
де і - середні питомі масові теплоємності гріє і агреваемого теплоносіїв, в інтервалі зміни температур від до і від до, відповідно, кДж/кг Г— К.
Температура нагреваемого теплоносія на виході з теплообмінника, Вє С, ([7])
(1,3)
(Вє С)
Середня температура нагрівається теплоносія, Вє С:
(1.4)
(Вє С)
По температурі визначається значення методом лінійної інтерполяції ([3])
(кДж/кг Г— К)
Кількість теплоти в одиницю часу, сприйняте нагрівається теплоносієм, Вт, ([7]):
(1.5)
(кВт)
Методом лінійної інтерполяції визначається середня питома масова теплоємність гріє теплоносія при температурі
(кДж/кг Г— К)
Для умови,, визначається температура гріючого теплоносія на виході з теплообмінника, Вє С:
, (1.6)
(Вє С)
Середня температура гріючого теплоносія, Вє С, ([7]):
(1.7)
(Вє С)
По температурі визначається значення. Уточнюється кількість теплоти, віддане гріючим теплоносієм в одиницю часу, Вт, ([7]):
(1.8)
(кВт).
Величина відносної похибки,%
,% (1.9)
%.
1.2 Визначення інтенсивності процесів теплообміну
В основу розрахунку коефіцієнтів тепловіддачі між теплоносіями і поверхнею стінки покладені критеріальні рівняння, отримані в результаті обробки численних експериментальних даних та їх узагальнення на основі теорії подібності.
1.2.1 Розрахунок інтенсивності тепловіддачі з боку гріє теплоносія
За середньоарифметичному значенню температури визначаються значення фізичних властивостей гріє теплоносія:
- щільність, кг/м Ві, (кг/м Ві);
- кінематичний коефіцієнт в'язкості, м ВІ/с, (м ВІ/с);
- коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м В· К), (Вт/(м В· К));
- критерій Прандтля,.
У першому наближенні температура стінки, Вє С:
(1.10)
(Вє С)
За визначається
,
Критерій Рейнольдса для потоку гріє теплоносія, ([7]):
(1.11)
де - середня швидкість гріє теплоносія, м/с, ([7], стор.6), (м/с).
В результаті порівняння обчисленого значення = з критичним числом = 2300 встановлюємо, що режим течії рідини турбулентний і вибираємо критеріальне рівняння для розрахунку числа Нуссельта. Інтенсивність тепловіддачі в круглих трубках залежить від режиму руху теплоносія.
При турбулентному режимі течії рідини (Re> 2300) в круглих трубах і каналах число Нуссельта визначається за критеріальною залежності, ([7]):
(1.12)
Коефіцієнт тепловіддачі від гарячого теплоносія до стінки труби, Вт/(м ВІ В· К), ([7]):
(1.16)
(Вт/(м ВІ В· К)).
1.2.2. Розрахунок інтенсивності тепловіддачі з боку нагреваемого теплоносія
За середньоарифметичному значенню ...