Материал: Курсовая
τm = |
τ1 + τ2 |
(10) |
|
2 |
|
Средняя температура на стенке между 2-мя стенками: |
||
tc = |
(tr + tx) |
(11) |
2 |
|
|
P |
|
|
|
|
|
После того, как мы нашли |
Nu мы можем найти коэффициент |
|
теплоотдачи (Вт/(м2*К)): |
|
|
α = |
Nu λ |
(12) |
|
d |
|
Далее расчитываем коэффициент теплопередачи для плоской стенки: |
||
|
1 |
(13) |
kр = α1 + ∑iN=1 δλ |
+ α1 |
|
|
1 |
2 |
где, 1 2 - коэффициенты теплоотдачи от «горячего» теплоносителя к внутренней поверхности трубы и от внешней поверхности трубы к «холодному» теплоносителю соответственно;
∑N δ - термическое сопротивление теплопроводности стенки трубы с
i=1 λ
учетом загрязнений где,
- толщина стенки трубки, м;
- теплопроводность материала теплообменника, Вт/(м*К).
Выбираем подходящий вариант по заданию. Для двух схем движения теплоносителей – прямоточной (↑↑) и противоточной (↑↓), θm:
θm = θ1 − θ2 |
(14) |
ln θ1
θ2
где θ1 , θ2 - разности температур между «горячим» и «холодным» теплоносителями на входе и выходе ТА.
11
Для схемы «прямоток»: |
|
|
|
θ1 = t1 − τ1 |
(15) |
|
θ2 = t2 − τ2 |
|
Для схемы «противоток» |
|
|
|
θ1 = t1 − τ2 |
(16) |
|
θ2 = t2 − τ2 |
|
|
Изменение температур теплоносителей |
|
100 |
МС-20 |
Вода |
|
|
|
75 |
|
|
50 |
|
|
25 |
|
|
0 |
Вход |
Выход |
|
||
Рис. 3. Схема изменения температуры теплоносителей по ходу |
||
|
прохождения через теплообменник |
|
Определяем площадь теплообмена, м2:
F = |
Q |
(17) |
k · θ |
|
|
|
m |
|
Находим число секций, шт:
n = |
F |
(18) |
πd l |
|
|
|
1 |
|
После нахождения количества секций округляем в большую сторону до целых чисел.
12
Расчетная часть
Таблица 3. Исходные данные (горячего ТН)
Наименование |
|
|
|
|
|
Ед изм |
|
|
|
Значения |
|
|
|
|
||||||||
Движение потоков |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
противоток |
|
|
||||
Длинна одной секции |
|
|
l |
м |
|
|
|
|
|
1,75 |
|
|
||||||||||
Материал ТО |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сталь нержавеющая |
|
|
|||||||
Теплопроводность Стали 10 при tср |
|
|
|
Вт/(м*К) |
|
|
|
|
|
45 |
|
|
||||||||||
Внутр труба |
|
|
|
|
|
|
|
d1 |
м |
|
|
|
|
|
0,032 |
|
|
|||||
Внутр труба |
|
|
|
|
|
|
|
D1 |
м |
|
|
|
|
|
0,035 |
|
|
|||||
Горячий ТН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
МС-20 |
|
|
|||
Расход ГТН |
|
|
|
|
|
|
|
Gг |
кг/с |
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|||||
Температура вх ГТН |
|
|
|
|
|
|
|
tг1 |
|
|
|
|
|
|
95 |
|
|
|||||
Температура вых ГТН |
|
|
tг2 |
|
|
|
|
|
|
75 |
|
|
||||||||||
Таблица 4. Исходные данные (холодного ТН) |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Наименование |
|
|
|
|
|
|
Ед изм |
Значения |
Ур-я |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Внеш труба |
|
|
|
d2 |
|
м |
|
|
|
0,048 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Эквивалентный диаметр |
|
dэ |
|
м |
|
|
|
0,013 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Холодный ТН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вода |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расход ХТН |
|
|
Gх |
|
кг/с |
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Температура вх ХТН |
|
|
tх1 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Таблица 5. Справочные данные (горячего ТН) |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Наименование |
|
|
|
|
|
|
Ед изм |
|
|
|
Значения |
|
80 |
|
90 |
|
|
|||||
Теплоемкость при 85 |
Срг |
кДж/(кг*К) |
|
2,244 |
|
2,227 |
|
2,261 |
|
|||||||||||||
Плотнось |
|
г |
|
|
кг/м3 |
|
|
|
855,5 |
|
858,3 |
|
852,7 |
|
||||||||
Кинемат вязкость |
|
г |
|
|
м2/сек |
|
|
0,00003335 |
0,0000392 |
0,0000275 |
|
|||||||||||
Теплопроводность |
|
г |
Вт/(м*К) |
|
0,1265 |
|
0,127 |
|
0,126 |
|
||||||||||||
Критерий Прандтля |
|
Prг |
|
|
б/р |
|
|
|
504 |
|
588 |
|
420 |
|
||||||||
Таблица 6. Справочные данные (холодного ТН) |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Наименование |
|
|
|
|
|
|
Ед изм |
|
|
|
Значения |
|
0 |
|
|
10 |
||||||
Теплоемкость при 7 |
|
Срх |
кДж/(кг*К) |
|
|
4,1973 |
|
4,212 |
|
4,191 |
||||||||||||
Плотнось |
|
|
х |
|
|
|
кг/м3 |
|
|
|
999,76 |
|
999,9 |
|
999,7 |
|||||||
Кинемат вязкость |
|
|
х |
|
|
м2/сек |
|
0,0000014509 |
0,000001789 |
0,000001306 |
||||||||||||
Теплопроводность |
х |
Вт/(м*К) |
|
|
|
0,5725 |
|
0,569 |
|
0,5740 |
||||||||||||
Критерий Прандтля |
|
|
Prх |
|
|
|
б/р |
|
|
|
10,714 |
|
13,5 |
|
9,52 |
|||||||
13
Таблица 7. Вычисления (горячего ТН)
Наименование |
|
|
Ед изм |
|
Значения |
|
Ур-я |
|
|
|
|||||
Кол-во передаваемого тепла ГТН |
Qг |
|
|
|
кВт |
269,280 |
|
|
|
|
|
|
|||
Ср температура ГТН |
tсрг |
|
|
|
|
85 |
|
|
|
|
|
|
|||
Скорость движения ГТН |
г |
|
|
м/сек |
8,72 |
|
|
|
|
|
|
||||
Число Рейнольдса для ГТН |
Reг |
|
|
|
б/р |
8 367 |
|
|
|
|
|
|
|||
Вывод из числа Re |
|
|
|
|
|
|
|
Переходный |
|
|
|
|
|
|
|
Коэф |
С |
|
|
|
б/р |
28 |
|
|
|
|
|
|
|||
Коэф |
y |
|
|
|
б/р |
0,43 |
|
|
|
|
|
|
|||
Число Прандтля с инд С при 46 |
Prc |
|
|
|
б/р |
2864 |
|
|
|
|
|
|
|||
Коэф |
l |
|
|
|
б/р |
1,03 |
|
|
|
|
|
|
|||
Число Нуссельта |
Nu |
|
|
|
б/р |
271,27 |
|
|
|
|
|
|
|||
Коэф теплоотдачи |
a1 |
|
Вт/(м2*К) |
1072,37 |
|
|
|
|
|
|
|||||
Таблица 8. Вычисления (холодного ТН) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Наименование |
|
|
|
Ед изм |
|
Значения |
|
|
Ур-я |
|
|||||
Температура ХТН на выходе |
tх2 |
|
|
|
|
|
|
|
11 |
|
|
|
|
||
Кол-во передаваемого тепла ХТН |
Qх |
|
|
|
кВт |
|
269,280 |
|
|
|
|
||||
Ср температура ХТН |
tсрх |
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
||
Скорость движения ХТН |
х |
|
|
м/сек |
|
9,44 |
|
|
|
|
|||||
Число Рейнольдса для ХТН |
Reх |
|
|
|
б/р |
|
84 604 |
|
|
|
|
||||
Вывод из числа Re |
|
|
|
|
|
|
|
Турбулентный |
|
|
|
|
|||
Коэф |
С |
|
|
|
б/р |
|
0,021 |
|
|
|
|
||||
Коэф |
j |
|
|
|
б/р |
|
0,8 |
|
|
|
|
||||
Коэф |
y |
|
|
|
б/р |
|
0,43 |
|
|
|
|
||||
Число Прандтля с инд С при 46 |
Prc |
|
|
|
б/р |
|
3,85 |
|
|
|
|
||||
Коэф |
l |
|
|
|
б/р |
|
1,02 |
|
|
|
|
||||
Число Нуссельта |
Nu |
|
|
|
б/р |
|
671,10 |
|
|
|
|
||||
Коэф теплоотдачи |
a2 |
|
Вт/(м2*К) |
|
29554,32 |
|
|
|
|
||||||
Таблица 9. Вычисления общие |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Наименование |
|
|
|
|
|
|
Ед изм |
Значения |
Ур-я |
||||||
Температура стенки ТА |
|
|
|
|
tст |
|
|
|
|
46 |
|
|
|||
Термическое сопротивление стенки трубы |
∑ / |
Вт/(м2*К) |
0,0000667 |
|
|
||||||||||
Коэф теплопередачи для плоской стенки |
|
kp |
|
|
|
|
968,04 |
|
|
||||||
Разности температур для противотока |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
20 |
|
|
||||
Разности температур для противотока |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
8 |
|
|
||||
Разности температур для противотока |
|
|
|
m |
|
|
|
|
11 |
|
|
||||
Площадь теплообмена |
|
|
|
|
F |
|
|
м2 |
|
24,78 |
|
|
|||
Выбираем кол-во секций |
|
|
|
|
n |
|
|
шт |
|
141 |
|
|
|||
14
Список литературы
1.Купцов С.М., Зацепин С.С., Купцова Е.С. Сборник лабораторных работ на виртуальной теплообменом аппарате. Методические указания - РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2017 - 63 с.
2.Бухмиров В.В. Расчет коэффициента конвективный теплопередачи. Методические указания - Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина, 2007 - 39 с.
3.Физические свойства стали - http://thermalinfo.ru/svojstva-materialov/ metally-i-splavy/teploprovodnost-stali-i-chuguna-teplofizicheskie-svojstva- stali
4. |
Физические свойства масла МС-20 - https://infotables.ru/materialy/ |
52-svojstva-zhidkostej/511-fizicheskie-svojstva-masla-ms-20-tablitsa |
|
5. |
Физические свойства воды - http://thermalinfo.ru/svojstva-zhidkostej/ |
voda-i-rastvory/teploprovodnost-i-plotnost-vody-teplofizicheskie-svojstva- vody-h2o
15