Материал: Расчет скоростного теплообменника. Методические указания к курсовой работе

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

Методические указания к курсовой работе РАСЧЕТ СКОРОСТНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

Направление подготовки

270800 (08.03.01) «Строительство»

Профиль

Промышленное и гражданское строительство Классификация (степень) выпуска

БАКАЛАВР

Форма обучения очная

Казань, 2015 г.

1. Теплообменные аппараты. Определения

Теплообменным аппаратом называют всякое устройство, в котором одна жидкость - горячая среда, передает теплоту другой жидкости - холодной среде. В качестве теплоносителей в тепловых аппаратах используются разнообразные капельные и упругие жидкости в самом широком диапазоне давлений и температур. По принципу работы аппараты делят на регенеративные, смесительные и рекуперативные. В регенеративных аппаратах горячий теплоноситель отдает свою теплоту аккумулирующему устройству, которое в свою очередь периодически отдает теплоту второй жидкости - холодному теплоносителю, т.е. одна и та же поверхность нагрева омывается то горячей, то холодной жидкостью.

В смесительных аппаратах передача теплоты от горячей к холодной жидкости происходит при непосредственном смешении обеих жидкостей.

Особенно широкое развитие во всех областях техники получили рекуперативные аппараты, в которых теплота от горячей жидкости к холодной передается через разделительную стенку. Такие теплообменные аппараты могут иметь самое разное название - паровые котлы, конденсаторы, пароперегреватели, приборы центрального отопления и т.д. Их отличают друг от друга геометрические характеристики и применяемые в них рабочие тела.

2. Конструкции секционных теплообменников типа «труба в трубе»

Секционный теплообменник типа «труба в трубе» состоит из одной или нескольких теплопередающих труб, заключенных в общем корпусе (рис.1). Название "секционный" указывает на то, что из таких теплообменников, путем соединения их между собой, может быть набрана требуемая поверхность теплообмена.

Теплообменник снабжается патрубками для подвода и отвода теплоносителей. Один из них движется в полости внутренней трубы 2. Другой теплоноситель движется в кольцевом зазоре между внутренней 2 и наружной трубой 1. Внутренняя труба может иметь продольные ребра, приваренные к ней изнутри или снаружи (со стороны потока с меньшим коэффициентом теплоотдачи) для увеличения поверхности теплообмена.

Секции теплообменника по ходу движения теплоносителя могут быть соединены последовательно или параллельно. На рис. 1,б представлено последовательное соединение секций - как по ходу греющего, так и по ходу нагреваемого теплоносителей.

3

Преимуществами теплообменников типа «труба в трубе» являются высокие коэффициенты теплоотдачи, пригодность для paботы при высоком давлении теплоносителей, простота изготовления, монтажа и обслуживания. К недостаткам относятся: низкая компактность, высокая стоимость из-за большого расхода металла на наружные трубы, не участвующие в теплообмене, а также сложность очистки кольцевого пространства между трубами.

Теплообменники типа «труба в трубе» используются в основном для нагревания или охлаждения теплоносителя в тех случаях, когда требуются сравнительно небольшие поверхности теплообмена. Они также могут использоваться в процессах, сопровождающихся кипением или конденсацией теплоносителя.

Преимущество теплообменника типа «труба в трубе» также заключается в разнообразии компоновок, и, кроме того, они могут быть быстро собраны из стандартных элементов на месте монтажа. При необходимости, поверхность теплообмена может быть увеличена за счет установки дополнительных секций. Главными недостатками являются большой объем (габариты) и высокая стоимость установки в расчете на единицу поверхности теплообмена.

Определяемые расчетом размеры стандартных секционных теплообменников приведены на рис. 2, а их технические данные — в табл. П.5, П.6 и П.7 (см. Приложение). Общая компоновка секций, соединенных последовательно по ходу греющего и нагреваемого теплоносителя, ясна из рисунков П.1÷П.4. У теплообменников типа Р трубный пучок выполнен из трубок 16 1 (первое число – наружный диаметр трубки, второе – толщина стенки трубки). Поверхность теплообмена одной секции составляет 0,75÷30 м2, а число труб в секции от 4 до 140. Длина трубного пучка в секции стандартного теплообменника обычно составляет 2 или 4 м.

3. Тепловой расчет рекуперативного теплообменника «труба в трубе»

Несмотря на большое разнообразие теплообменных аппаратов, основные положения теплового расчета для них остаются общими [1÷3].

Расчеты теплообменных аппаратов могут быть конструкторскими и поверочными. Конструкторские тепловые расчеты выполняются при проектировании новых аппаратов для определения поверхности теплообмена. Поверочные расчеты выполняются в том случае, когда для конкретного теплообменника необходимо найти количество передаваемой теплоты и конечные температуры теплоносителей.

Тепловой расчет теплообменных аппаратов сводится к совместному ре-

шению уравнений теплового баланса и теплопередачи. Обычно рассматри-

ваются стационарные режимы работы теплообменников.

Конструкторский тепловой расчет.

Основными расчетными уравнениями являются: - уравнение теплопередачи

4

где k - коэффициент теплопередачи, F - поверхность теплообмена в аппарате; t1 и t2 - соответственно температуры горячего и холодного теплоносителей;

- уравнение теплового баланса

В этом уравнении (как и в дальнейшем) индекс «1» обозначает, что данная величина относится к нагревающей (горячей) жидкости, а индекс «2» - к холодной (нагреваемой). Индекс «'» соответствует теплоносителю на входе в теплообменник, а «''» - на выходе из теплообменника (рис. 2).

Рис. 2. Обозначения теплоносителей в теплообменнике типа «труба в трубе»

Произведение Мcp называют водяным эквивалентом и обозначают буквой W. Тогда из уравнения (2) следует, что

т.е. отношение изменений температур теплоносителей обратно пропорционально изменению их водяных эквивалентов.

Характер изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообменного аппарата также зависит от схемы взаимного движения теплоносителей. В теплообменных аппаратах движение жидкости осуществляется по трем основным схемам (рис.3).

Рис.3.Схемыдвижениятеплоносителейвтеплообменныхаппаратах: а–прямоток; б–противоток; в- перекрестныйток

5