ТЕПЛООБМІННІ АПАРАТИ. Теоретичні положення і приклад розрахунку кожухотрубного теплообмінника
Оценка 4.6

ТЕПЛООБМІННІ АПАРАТИ. Теоретичні положення і приклад розрахунку кожухотрубного теплообмінника

Оценка 4.6
docx
21.11.2021
ТЕПЛООБМІННІ АПАРАТИ.  Теоретичні положення і приклад розрахунку  кожухотрубного теплообмінника
Л2-002916.docx

ТЕПЛООБМІННІ АПАРАТИ.

 

Теоретичні положення і приклад розрахунку
кожухотрубного теплообмінника.

 

Потужність теплового потоку гріючого теплоносія, кВт:

                                                    ,                                       (2.1)

де  - масова витрата гріючого теплоносія, кг/с;  - питома теплоємність, яку визначають за температурою, кДж/(кг·К)

Визначальна температура гріючого теплоносія, ºС:

=0.5;                                        (2.2)

а теплоносія, що нагрівається:

=0.5.                                       (2.3)

Площа перерізу для проходу теплоносія, м2:

у трубах:

;                                      (2.4)

у міжтрубному просторі:

.                                              (2.5)

Швидкість теплоносія, м/с:

,                                                     (2.6)

де       - густина теплоносія за визначальної температури.

Критерій Рейнольдса:

,                                                  (2.7)

де       - визначальний розмір для тепловіддачі в трубках, м;

 - те саме для міжтрубного простору, м.

Критеріальні рівняння теплообміну:

Ламінарний режим ():

;                       (2.8)

де  – критерій Нуссельта; ,  - коефіцієнт тепловіддачі, Вт/м2·К;  - коефіцієнт теплопровідності теплоносія, Вт/м·К; - критерій Грасгофа, ;  - коефіцієнт кінематичної в’язкості, м2/с;  - коефіцієнт об’ємного розширення, 1/К;  - перепад температур між стінкою і середовищем, 0С;  - критерій Прандталя відповідно за визначальної температури теплоносія і за температури стінки;

перехідний режим ():

;                        (2.9)

турбулентний режим ():

     .                            (2.10)

Коефіцієнт теплопередачі для багатошарової стінки, Вт/м2·К:

                                  (2.11)

Середній температурний напір, 0С:

, якщо ,                   (2.12)

де  - відповідно найбільша і найменша різниця температур;

, якщо .               (2.13)

Потужність теплового потоку під час теплопередачі, Вт:

                                                                                                    (2.14)

де  - площа тепловіддаючої поверхні, м2.

Приклад. У теплообміннику підігрівається вода. Первинна (гаряча) вода проходить через  латунних трубок ( мм,  мм,  Вт/м·К) і охолоджується від ºС до ºС. Вторинна вода проходить вздовж трубок, розташованих у кожусі діаметром  мм і нагрівається від  ºС до  ºС. Тепловий потік через поверхню нагрівання  кВт.

Визначити необхідну площу поверхні нагрівання для передачі теплового потоку при наявності шару накипу на трубках товщиною  мм,  Вт/м·К, а також за його відсутності (для протитечії і прямотечії).

 

Витрата гарячої води з (2.1):

 кг/с.

Визначальна температура гріючого теплоносія за (2.2):

=0.5=0.5= 115 ºС.

Питома теплоємність за  -  кДж/(кг·ºС).

Витрата вторинної води:

 кг/с.

Визначальна температура теплоносіїв, що нагріваються, за (2.3).

Питома теплоємність за  кДж / кг/ºС.

Площа перерізу для проходу теплоносія:

у трубах за (2.4):

 м2;

у міжтрубному просторі за (2.5):

 м2.

Швидкості теплоносіїв за (2.6):

 м/с;

 м/с.

Фізичні параметри:

первинної води:

 м2/с;  Вт/м ºК;
;  кг/м3;

вторинної води:

 м2/с;  Вт/м ºК;
;  кг/м3.

Критерій Рейнольдса за (2.7)

;

;

 

де                                    м.

Критерій Нуссельта в першому наближенні за (2.10)

;

 м;

 м.

Інтенсивність теплопередачі за (2.11):

за відсутності накипу:

 Вт/м2∙К;

за наявності накипу:

 Вт/м2∙К.

Середній температурний напір:

за прямотечії:

 ºС;

за протитечії:

 ºС.

Площа тепловіддавальної поверхні за (2.14):

за прямотечіі, з накипом на трубах:

 м2;

за прямотечії, без накипу:

 м2;

за протитечії, з накипом:

 м2;

за протитечії, без накипу:

 м2.

Довжини трубок:

 м;

 м;

 м;

 м.

 


Таблиця 2.1

Но-мер варіа-нта

Діа-метр ко-жуха, D, м

Температура першого теплоносія, ºC.

Кіль-кість труб,

Діа-метр труб , мм

Температура

другого

тепло-

носія, ºC

Потуж-

ність

теп-

лового

потоку

, кВт

Матеріал труб

Теплоносій

Тов-щина шару

наки-пу , мм

Коефі-

цієнт тепло-

провід-ності , Вт/(м·К)

На вході,

На ви-ході

Між труб-ний простір

Труб-ний прос-тір

1

0,16

95

65

70

10/12

15

35

1000

Сталь

Вода

Вода

0,05

2,0

2

0,17

150

120

68

10/14

20

40

500

Латунь

Повітря

Вода

0,10

1,9

3

0,18

90

60

66

12/14

25

45

900

Бронза

Вода

Вода

0,15

2,1

4

0,19

140

110

64

12/16

30

50

400

Алюміній

Повітря

Вода

0,20

1,8

5

0,20

95

75

62

14/16

35

55

800

Сталь

Вода

Вода

0,05

2,2

6

0,21

130

100

60

14/18

40

60

300

Латунь

Повітря

Вода

0,10

1,7

7

0,22

90

80

58

15/17

45

65

700

Бронза

Вода

Вода

0,15

2,3

8

0,23

120

90

56

15/19

50

70

200

Алюміній

Повітря

Вода

0,20

1,6

9

0,24

75

60

54

13/15

20

50

600

Сталь

Вода

Вода

0,15

2,4

10

0,25

110

80

50

13/17

30

40

100

Латунь

Повітря

Вода

0,10

1,5


Оптимальні умови теплообміну – організація протитечії теплоносіїв за відсутності накипу на трубах.

Завдання. За даними таблиці 2.1 розрахувати горизонтальний кожухотрубний теплообмінник. Розрахунок зробити для прямотечії і протитечії теплоносіїв.


 

ТЕПЛООБМІННІ АПАРАТИ. Теоретичні положення і приклад розрахунку кожухотрубного теплообмінника

ТЕПЛООБМІННІ АПАРАТИ. Теоретичні положення і приклад розрахунку кожухотрубного теплообмінника

Критеріальні рівняння теплообміну:

Критеріальні рівняння теплообміну:

Приклад. У теплообміннику підігрівається вода

Приклад. У теплообміннику підігрівається вода

Швидкості теплоносіїв за (2.6): м/с; м/с

Швидкості теплоносіїв за (2.6): м/с; м/с

Вт/м 2 ∙К; з а наявності накип у :

Вт/м 2 ∙К; з а наявності накип у :

м; м; м; м.

м; м; м; м.

Таблиця 2.1 Но-мер варіа-нта

Таблиця 2.1 Но-мер варіа-нта

Оптимальні умови теплообміну – організація протит ечії теплоносіїв за відсутності накипу на трубах

Оптимальні умови теплообміну – організація протит ечії теплоносіїв за відсутності накипу на трубах
Скачать файл