Тепловой и гидравлический расчёт кожухотрубного ТОА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Авиационный факультет

КАФЕДРА ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ И ПРОМЫШЛЕННОЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПО КУРСУ “ТЕПЛОМАССООБМЕН ”

Выполнил студент группы ПТ-021 С. В. Ефремов

группа подпись, дата инициалы, фамилия

Проверил С. В. Дахин

подпись, дата инициалы, фамилия

Нормоконтролёр С. В. Дахин

подпись, дата инициалы, фамилия

Защищена Оценка

дата

ВОРОНЕЖ

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Содержание

Замечания руководителя 4

Введение 5

1 Тепловой расчет 6

1.1 Определение режимов течения теплоносителей 6

1.2 Определение неизвестного расхода 7

1.3 Определение температуры стенки теплообменных трубок 7

1.4 Определение коэффициента теплоотдачи со стороны греющего

теплоносителя 7

1.5 Определение коэффициента теплоотдачи со стороны нагреваемого

теплоносителя 8

1.6 Определение коэффициента теплопередачи 8

1.7 Уточнение температуры стенки 9

1.8 Определение теплопроизводительности аппарата 10

1.9 Определение конструктивных параметров аппарата 10

2 Гидравлический расчет 14

2.1 Определение потерь в трубном пространстве 14

2.2 Определение потерь в межтрубном пространстве 16

Заключение 17

Приложение А 18

Приложение Б 19

Приложение В 20

Список литературы 21

ЗАМЕЧАНИЯ РУКОВОДИТЕЛЯ

ВВЕДЕНИЕ

Целью данной курсовой работы является выполнение теплового и гидравличе-ского расчетов кожухотрубного теплообменного аппарата.

Тепловой расчет сводится к определению площади поверхности теплообмена F и теплопроизводительности аппарата Q.

Гидравлический расчет сводится к определению потерь давления в трубном Ртр и межтрубном Рмт пространствах, а также к определению мощностей насосов для прокачки теплоносителей Nтр и Nмт соответственно.

Исходными параметрами являются:

1) тип греющей среды, ее расход G, температура на входе и на выходе , допустимый диапазон скоростей w1;

2) тип нагреваемой среды, температура на входе и на выходе , до-пустимый диапазон скоростей w2;

3) геометрические характеристики поверхности теплообмена:

d1 – внутренний диаметр трубок;

 – толщина стенки трубок;

4) материал трубок.

В результате расчета необходимо определить:

1) теплопроизводительность аппарата Q;

2) площадь поверхности теплообмена F;

3) потери давления Ртр и мощность насоса Nтр в трубном пространстве;

4) потери давления Рмт и мощность насоса Nмт в межтрубном простран-стве.

1 Тепловой расчет

1.1 Определение режимов течения теплоносителей

По условию задания греющая и нагреваемая среды однотипны, поэтому не имеет принципиального значения, в каком пространстве будет течь греющая или на-греваемая среда. Пусть в трубном пространстве течет греющая среда (будем обозна-чать ее индексом 1), а в межтрубном – нагреваемая (будем обозначать ее индексом 2).

По условию задания температура на выходе нагреваемого теплоносителя выше температуры на выходе греющего теплоносителя и значит, в качестве схе-мы движения теплоносителей выбираем противоток.

Выберем скорости движения теплоносителей из допустимого диапазона (для греющей среды м/с, для нагреваемой среды м/с)

м/с;

м/с.

Найдем средние температуры теплоносителей:

,

.

Все теплофизические свойства теплоносителей при их характерных темпера-турах приведены в приложении А.

Определим режим движения в трубном пространстве:

, (1.1)

где – средняя скорость теплоносителя в трубном пространстве, м/с;

– внутренний диаметр трубок, м;

– коэффициент кинематической вязкости жидкости при температуре t1, м2/с.

.

Так как число Рейнольдса меньше, чем 2300, то режим течения ламинарный.

Определим режим движения в межтрубном пространстве:

, (1.2)

где – средняя скорость теплоносителя в межтрубном пространстве, м/с;

– наружный диаметр трубок, м;

– коэффициент кинематической вязкости жидкости при температуре t2, м2/с.

Так как число Рейнольдса меньше, чем 2300, то режим течения ламинарный.

1.2 Определение неизвестного расхода

В условии курсовой работы не задан массовый расход греющего теплоносите-ля G2. Найдем его по уравнению теплового баланса, которое имеет вид

.

Отсюда:

, (1.3)

где G2 – массовый расход нагреваемого теплоносителя, кг/с;

cp1 – средняя удельная изобарная теплоемкость греющего теплоносителя при температуре t1, кДж/(кгК);

cp2 – средняя удельная изобарная теплоемкость нагреваемого теплоноси-теля при температуре t2, кДж/(кгК);

η – КПД аппарата, учитывающий потери теплоты от наружного охлажде-ния ТОА.

кг/с.

1.3 Определение температуры стенки теплообменных трубок

В первом приближении средняя температура стенки равна среднему арифме-тическому между температурами теплоносителей:

, (1.4)

где – средняя температура греющего теплоносителя, °С;

– средняя температура нагреваемого теплоносителя, °С.

°С.

По выбираем критерии Прандтля для жидкостей, движущихся в ТОА.

Prс1 = Prс2 = 1760,

где Prс1, Prс2 – критерии Прандтля для греющей и нагреваемой воды.

Коэффициент теплопроводности медных труб λс = 388,6 Вт/(м•К).

1.4 Определение коэффициента теплоотдачи со стороны греющего теплоноси-теля

При турбулентном и переходном режимах Nu зависит от Re и Pr, а при лами-нарном еще и от длины трубок. Поэтому перед расчетом Nu1 зададимся некой "предполагаемой длиной", по которой будем вести расчет трубного пространства. Формула для расчета среднего значения критерия Нуссельта имеет вид:

, (1.5)

где Pr1 – критерий Прандтля теплоносителя при его средней температуре;

Prc – критерий Прандтля теплоносителя при средней температуре стенки.

Т.к. , то можно записать формулу для определения среднего коэф-фициента теплоотдачи для греющего теплоносителя:

, (1.6)

где 1 – коэффициент теплопроводности греющего теплоносителя при его средней температуре, Вт/(мК).

Вт/(м2К).

1.5 Определение коэффициента теплоотдачи со стороны нагреваемого тепло-носителя

Выберем шахматную компоновку трубного пучка.

Т.к. в межтрубном пространстве режим течения теплоносителя ламинарный, то формула для расчета среднего значения критерия Нуссельта для шахматного по-рядка имеет вид:

, (1.7)

где Pr1 – критерий Прандтля теплоносителя при его средней температуре;

Prc – критерий Прандтля теплоносителя при средней температуре стенки;

.

Аналогично формуле (1.6) можно записать:

, (1.8)

Вт/(м2К).

1.6 Определение коэффициента теплопередачи

Т.к. отношение наружного диаметра трубки к внутреннему составляет 1,083, что меньше 1,6, то при расчете среднего коэффициента теплопередачи можно поль-зоваться формулой для плоской стенки.

Вычислим средний коэффициент теплопередачи:

, (1.9)

где С – толщина стенок трубок, м;

С – коэффициент теплопроводности материала