124243 (Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа)
Описание файла
Документ из архива "Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "промышленность, производство" из , которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "контрольные работы и аттестации", в предмете "промышленность, производство" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "124243"
Текст из документа "124243"
ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Кафедра «Химической технологии и промышленной экологии»
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №2
Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа.
Выполнил: студент 3 - ИТ - III
Шибаев Владимир
____________
(подпись)
Проверил: Филлипов В.В,
_____________
(подпись)
Содержание.
-
Задание на расчет кожухотрубчатого теплообменника……………………1
-
Расчет кожухотрубчатого теплообменника
-
Расчет средней разницы температур между теплоносителями......2
-
Расчет средней температуры каждого теплоносителя….......……...2
-
Теплофизические свойства теплоносителей при их средних температурах………………………………………………………………………2
-
Расчет объемного и массового расхода теплоносителя.....................3
-
Расчет тепловой нагрузки на аппарат..................................................3
-
Расчет массового и объемного расхода хладагента...........................3
-
Расчет средней скорости потока хладагента.......................................3
-
Расчет критерия Рейнольдса и режим движения каждого потока....3
-
Расчет ориентировочных коэффициентов теплоотдачи для каждого потока……………………………………………………………………………...3
-
Расчет ориентировочного коэффициента теплопередачи без учета загрязнения стенки..................................................................................................5
-
Расчет ориентировочного коэффициента теплопередачи с учета загрязнения стенки..................................................................................................5
-
Расчет температуры стенки со стороны каждого потока и перерасчет значений коэффициентов теплопередачи, теплоотдачи, удельной теплопроводимости.....................................................................................5
-
Расчет необходимой площади теплообмена......................................7
-
Подбор диаметров штуцеров для ввода и вывода потоков...............7
-
Расчет гидравлического сопротивления трубного и межтрубного пространств, исходя из допустимых скоростей их движения...........................7
-
Выводы и рекомендации..................................................................................9
-
Библиография...................................................................................................10
-
РАСЧЕТ КОЖУХОТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА
-
Расчет средней разницы температур между теплоносителями
Для этого определим среднюю разность температур при прямотоке теплоносителей:
-
5 0
-
4 0
-
10
Для этого определим среднюю разность температур при противотоке теплоносителей:
-
5 0
-
2 0
-
30
Так как внутри двух ходового кожухотрубчатого теплообменника нет четко определенного тока теплоносителей, то найдем среднюю температуру между противотоком и прямотоком, которая и будет использоваться в дальнейших расчетах:
-
Рассчитаем среднюю температуру каждого теплоносителя:
-
Выпишем теплофизические свойства теплоносителей при их средних температурах.
Таблица 1
Горячий теплоноситель (1) | Хладагент (2) | |||||||
октан | вода | |||||||
ρ1, кг/м3 | С1, Дж/кг К | μ1, Па с | λ1, Вт/(м К) | ρ2, кг/м3 | С2, Дж/кг К | μ2, Па с | λ2, Вт/(м К) | |
657 | 2056 | 0,000306 | 0,1095 | 996 | 4180 | 0,000804 | 0,618 |
-
Рассчитаем массовый и объемный расходы теплоносителя:
-
Рассчитаем тепловую нагрузку аппарата:
Так как в заданном нам процессе не происходит изменение агрегатного состояние ни вещества теплоносителя, ни вещества хладагента, то тепловая нагрузка находится по формуле
-
Рассчитаем массовый и объемный расход хладагента:
Исходя из теплового баланса и ранее найденной тепловой нагрузки на аппарат, получим:
-
Рассчитаем среднюю скорость хладагента:
-
Рассчитаем критерий Рейнольдса и режим движения каждого потока:
- развитое турбулентное движение
- развитое турбулентное движение
-
Рассчитаем ориентировочные коэффициенты теплоотдачи для каждого потока.
Коэффициент теплоотдачи находится по формуле . Для расчета необходимо подобрать критериальное уравнение расчета критерия Нуссельта.
Так как горячий поток движется турбулентно в прямых трубах, то критериальное уравнение для расчета критерия Нуссельта будет выглядеть так:
, где для охлаждающихся жидкостей при допустимой погрешности, - коэффициент зависящий от геометрии аппарата и режима движения потока берется их таблицы 2, - критерий Прандтля.
Таблица 2
Значение Re | Отношение L/d | ||||
10 | 20 | 30 | 40 | 50 и более | |
10000 | 1,23 | 1,13 | 1,07 | 1,03 | 1 |
20000 | 1,18 | 1,1 | 1,05 | 1,02 | 1 |
50000 | 1,13 | 1,08 | 1,04 | 1,02 | 1 |
100000 | 1,1 | 1,06 | 1,03 | 1,02 | 1 |
1000000 | 1,05 | 1,03 | 1,02 | 1,01 | 1 |
Коэффициент Прандтля находится по формуле:
Подставляя вышеполученное, находим критерий Нуссельта и ориентировочный коэффициент теплоотдачи:
Так как холодный поток поперечно обтекает пучок гладких труб при их шахматном расположении, при турбулентном режиме движения жидкости, то критериальное уравнение для нахождения критерия Нуссельта имеет вид:
, где - критерий Прандтля, для нагревающихся жидкостей при допустимой погрешности, - коэффициент учитывающий влияние угла атаки φ находится по таблице 3.
Таблица 3
φ | 90 | 80 | 70 | 60 | 50 | 40 | 30 | 20 | 10 |
| 1 | 1 | 0,98 | 0,94 | 0,88 | 0,78 | 0,67 | 0,52 | 0,42 |
Коэффициент Прандтля находится по формуле:
Подставляя вышеполученное, находим критерий Нуссельта и ориентировочный коэффициент теплоотдачи:
-
Рассчитаем ориентировочный коэффициент теплопередачи без учета загрязнений стенки
, где - коэффициент теплопроводности стенки теплообменника
-
Рассчитаем ориентировочный коэффициент теплопередачи с учета загрязнений стенки
Найдем термическое сопротивление стенки и загрязнений:
Ориентировочный коэффициент теплопередачи с учетом загрязнения стенки:
-
Рассчитаем температуру стенки со стороны каждого потока и перерасчет значений коэффициентов теплопередачи, теплоотдачи, удельной теплопроводимости.
Определим ориентировочно значения и , исходя из того что
, где сумма
Найдем:
Проверка суммы :
Исходя из этого, получим
Введем поправку к коэффициенты теплоотдачи, определив .
Критерий Прандтля для октана при
, где - найдены с помощью метода кусочно-линейной интерполяции и сведены в таблицу 4.
Таблица 4
Св-ва потока (1) при t'ст1 | ||
Сст1, Дж/кг К | μст1, Па с | λст1, Вт/м К |
2105,35684 | 0,00036 | 0,14824 |
Критерий Прандтля для воды при
, где - найдены с помощью метода кусочно-линейной интерполяции и сведены в таблицу 5.
Таблица 5
Св-ва потока (2) при t'ст2 | ||
Сст2, Дж/кг К | μст2, Па с | λст2, Вт/м К |
4180 | 0,0007 | 0,6328 |
Коэффициенты теплоотдачи:
для октана
для воды
Исправленные значения К, q, tст1, tст2
Дальнейшее уточнение α1, α2 и других величин не требуется так как расхождение между α1, и α2, и других не превышает 5%.
-
Рассчитаем необходимую площадь поверхности теплообмена
С запасом в 10%
-
Подберем диаметры штуцеров для ввода и вывода потоков, исходя из допустимых скоростей их движения.
. Выбираем из стандартного ряда диаметр входного и выходного штуцера для горячего потока
. Выбираем из стандартного ряда диаметр входного и выходного штуцера для холодного потока , так как расчетное значение больше чем стандартное изделие, то необходимо увеличить количество штуцеров для холодного потока.
-
Рассчитаем гидравлическое сопротивление трубного и межтрубного пространств.
Гидравлическое сопротивление в трубном и межтрубном пространстве складывается потерь на трение и местных сопротивлений.
, где - формула Блазиуса, для турбулентного движения в гладких трубах, - сумма коэффициентов учитывающих разные местные сопротивления, в частности для трубного пространства характерны местные сопротивления вида: «вход в трубу», «выход из трубы», где таких местных сопротивлений n штук (n – количество трубок). Исходя из этого . Тогда гидравлическое сопротивление: