Контрольная работа: Расчет теплообменного аппарата труба в трубе
Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Казанский государственный архитектурно-строительный университет
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции
Расчетно – графические работы №1, №2.
Выполнил: студент гр № 07-41 Гараева А.И.
Шифр 11-06-023
Проверил: преподаватель Замалеев З.Х.
Казань 2010
Расчетно – графическая работа. Вариант №8.
1. 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.
1.1 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, .
1.2 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)
2. Расчет количества тепла и пара при испарении жидкости с открытой поверхности.
Задание: Определить количество тепла и пара, поступающее в воздух помещения с открытой поверхности ванны с водой. Длина ванны , ширина . Температура воды в глубине – . Ванна находится в зоне действия воздушного потока, имеющего скорость параметры воздуха: температура – , барометрическое давление – . Относительная влажность воздуха –
2.1 Определение количества пара, поступающего в воздух.
Количество пара (испарившейся жидкости) определяется по формуле:
(2.1)
где — коэффициент массоотдачи, м/с :
D – коэффициент диффузии, :
L – определяющий размер, м :
— вычисляется по критериальному уравнению (4.16) [2] в зависимости от значений
Ar и Pr ;
F – площадь поверхности испарения, м2 .
Концентрация водяного пара в воздухе определяется по уравнению состояния
(2.2)
р – парциальное давление пара при температуре паровоздушной смеси, Па – определяется по таб.11 [2];
— универсальная газовая постоянная, ;
— молекулярная масса пара, кг/кмоль .
Т n – абсолютная температура поверхности жидкости.
— концентрации водяного пара, соответственно над поверхностью жидкости и в окружающей среде, кг/м3 ;
В качестве определяющей берется
, где — температура поверхности жидкости, -принимается на 2 0С ниже .
Значение коэффициента диффузии Dтабл приводится в табл.2 [2]. Для расчета D на нужную температуру Т можно воспользоваться формулой
(2.3)
2.2 Определение количества тепла, переносимого в воздух.
Общее количество тепла, отдаваемое поверхностью жидкости при испарении, составляет:
(2.5)
где — количество тепла, переносимого в воздух вместе с паром, Вт ;
— количество тепла, переносимого в воздух помещения конвективным путем, Вт ;
— количество тепла, отдаваемого поверхностью воды излучением, Вт .
Составляющие уравнения (2.5) определяются по формулам:
или (2.6)
(2.7)
(2.8)
В формулах (2.6 – 2.8):
— коэффициент конвективной теплоотдачи, ;
Nu – вычисляется по уравнению (4.16) [2] в зависимости от значений Arи Pr ;
— приведенная степень черноты системы – в условиях помещения можно принять — 0.9;
Со =5,67 – коэффициент излучения абсолютно черного тела,
— коэффициент теплопроводности жидкости
Список использованных источников
- Кушнырев В.И., Лебедев В.И., Павленко В.А. Техническая термодинамика и теплопередача. – М.: Стройиздат, 1986. – 464с.
- Справочные таблицы теплофизических свойств веществ. – Казань: Офсет КГАСА, 2001, — 26с.