Определение поверхности теплообмена.

Расчетно – графическая работа. Вариант №8.

Расчет теплообменного аппарата «труба в трубе».

Задание: Определить поверхность нагрева и число секций теплообменника типа «труба в трубе». Нагреваемая жидкость (вода) движется по внутренней стальной трубе ( ) диаметром  и имеет температуры: на входе , на выходе

Расход нагреваемой жидкости

Тепло к нагреваемой жидкости передается от конденсирующегося в кольцевом канале между трубами пара. Температура конденсации

Расположение теплообменника – горизонтальное, длина одной секции

К пояснительной записке приложить эскизный чертеж теплообменника. Размеры наружной трубы выбрать конструктивно.

Расчет.

Тепловой расчет теплообменных аппаратов основан на совместном решении уравнения теплового баланса и уравнения теплопередачи. Из первого уравнения можно найти количество тепла, расходуемого на тепловой процесс, а также расходы теплоносителей. Второе уравнение позволяет определить поверхность теплообмена, необходимую для проведения теплового процесса.

Определение количества передаваемого тепла и расхода пара.

Уравнение теплового баланса имеет вид:

                                                                                          (1.1)

где –  - количество передаваемого тепла, Вт

 - расходы, соответственно греющего и нагреваемого теплоносителей, кг/с.

 - изменение энтальпии соответствующих теплоносителей, Дж/кг

При отсутствии изменения агрегатного состояния

                                                                                                  (1.2)

где – средняя удельная теплоемкость жидкого теплоносителя в интервале температур от  до ,

 и  – начальная и конечная температуры теплоносителя,

С учетом (1.2) уравнение (1.1) примет вид

                                                                             (1.3)

Тогда расход греющего пара определиться как

                                                                                  (1.4)

 - соответственно, энтальпии греющего пара и конденсата, .

 

 

Определение поверхности теплообмена.

Необходимая для теплового процесса поверхность теплообмена определяется из уравнения

                                                                                                              (1.5)

где К – коэффициент теплопередачи,

 - средний температурный напор,

F – поверхность теплообмена,

Из (1.5) имеем:

                                                                                                                   (1.6)

Характер зависимости для расчета  определяется направлениями возможного движения теплоносителей, в рассматриваемой задаче:

                                                                                                            (1.7)

где

      

При расчете теплообменных аппаратов с тонкостенными трубами ( ) можно пользоваться формулой для коэффициента теплопередачи через плоскую стенку

                                                                                                          (1.10)

который и заложен в уравнениях (1.5) и (1.6)

 - толщина стенки трубы,

 - коэффициент теплопроводности материала трубы.

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке  может быть определен по формуле:

                                                                                                           (1.11)

где  - приведенный критерий Рейнольдса – вычисляется по критериальной зависимости (4.15) [2];

 - температура стенки со стороны пара – в первом приближении

В – комплекс, значение которого приведены в табл.4.13 [2].

При

                         

           

Коэффициент теплоотдачи  от стенки к движущейся жидкости рассчитывается по формуле:

                                                                                                             (1.12)

где  - вычисляется по критериальным зависимостям (4.6 – 4.9) [2] в зависимости от значения

 - коэффициент теплопроводности жидкого теплоносителя,

В критериальных зависимостях  и  определяется при температуре

                                          

а  - при температуре

                                            

где перепад температур в стенке

                                                                                                        (1.13)

Критерий Рейнольдса для воды:

 где  - кинематическая вязкость воды

По найденным величинам  и  рассчитывается коэффициент теплопередачи К.

Затем проверяется принятое значение . Если принятая и рассчитанная по соотношению

                                                                                                     (1.14)

величины отличаются более чем на 5%, задаемся новым значением  и повторяем расчет.

          

Величины отличаются более чем на 5%, поэтому задаемся новой температурой стенки  

Рассчитанные аналогично по выше приведенным формулам величины:

      

Ошибка менее 5%.

Рассчитав далее поверхность теплообмена по (1.6), определяем число секций по формуле:

, где  - поверхность теплообмена одной секции.

 где  - диаметр (наружный) паровой трубы (принимаем конструктивно)