Реферат: Кожухотрубчатые теплообменные аппараты

--PAGE_BREAK--                                                                               (1.23)

<img width=«200» height=«66» src=«ref-1_1386388919-622.coolpic» v:shapes="_x0000_i1125"> (ºС);


где <img width=«31» height=«26» src=«ref-1_1386389541-220.coolpic» v:shapes="_x0000_i1126"> – большая разность температур, ºС, <img width=«87» height=«24» src=«ref-1_1386389761-196.coolpic» v:shapes="_x0000_i1127"> (ºС)(см. рис1),

<img width=«33» height=«26» src=«ref-1_1386389957-219.coolpic» v:shapes="_x0000_i1128"> – меньшая разность температур, ºС, <img width=«73» height=«24» src=«ref-1_1386390176-178.coolpic» v:shapes="_x0000_i1129"> (ºС)(см. рис1).

График изменения температур теплоносителей при противотоке,([7], рис. П1.2)
<img width=«306» height=«236» src=«ref-1_1386390354-7120.coolpic» v:shapes="_x0000_i1130">

Рис.1.Графическая зависимость для определения большей и меньшей разности температур теплоносителей
При сложном взаимном движении теплоносителей, например при смешанном и перекрестном токе в многоходовых теплообменниках, средняя разность температур теплоносителей определяется с учетом поправки <img width=«54» height=«26» src=«ref-1_1386397474-260.coolpic» v:shapes="_x0000_i1131">([7]):
<img width=«115» height=«25» src=«ref-1_1386397734-235.coolpic» v:shapes="_x0000_i1132">                                                                                (1.24)

<img width=«165» height=«25» src=«ref-1_1386397969-295.coolpic» v:shapes="_x0000_i1133"> (ºС)
Для нахождения поправочного коэффициента <img width=«26» height=«26» src=«ref-1_1386398264-184.coolpic» v:shapes="_x0000_i1134"> вычисляются вспомогательные коэффициенты P и R ([7]):
<img width=«73» height=«45» src=«ref-1_1386398448-243.coolpic» v:shapes="_x0000_i1135">                                                                                         (1.25)

<img width=«133» height=«41» src=«ref-1_1386398691-339.coolpic» v:shapes="_x0000_i1136">

<img width=«73» height=«45» src=«ref-1_1386399030-248.coolpic» v:shapes="_x0000_i1137">                                                                                         (1.26)

<img width=«143» height=«41» src=«ref-1_1386399278-381.coolpic» v:shapes="_x0000_i1138">
По полученным значениям коэффициентов P и R определяем поправочный коэффициент <img width=«26» height=«26» src=«ref-1_1386398264-184.coolpic» v:shapes="_x0000_i1139">([5]).

Поверхностная плотность теплового потока, Вт/м², ([7]):
<img width=«87» height=«29» src=«ref-1_1386399843-317.coolpic» v:shapes="_x0000_i1140">                                                                                      (1.28)

<img width=«166» height=«22» src=«ref-1_1386400160-305.coolpic» v:shapes="_x0000_i1141"> (Вт/м²)
Из основного уравнения теплопередачи определяется необходимая поверхность теплообмена, м², ([7]):
<img width=«96» height=«57» src=«ref-1_1386400465-391.coolpic» v:shapes="_x0000_i1142">                                                                                    (1.29)

<img width=«179» height=«44» src=«ref-1_1386400856-448.coolpic» v:shapes="_x0000_i1143"> (м²)
По рассчитанной площади и заданному диаметру труб выбирается стандартный теплообменный аппарат ([1]):

Параметры кожухотрубчатого теплообменника сварной конструкции с неподвижными трубными решетками (ГОСТ 15118-79, ГОСТ 15120-79, ГОСТ 15122-79).




Таблица 1

Диаметр кожуха, мм

Диаметр труб, мм

Число ходов

Общее число труб, шт.

Поверхность теплообмена(в м2) при длине труб, м

Площадь сечения потока 10-2 м2

Площадь сечения одного хода по трубам, 10-2 м2













В вырезе перегородок

Между перегородками











3







400

20×2

2

166

31

1,7

3

1,7



Пересчитываются скорости движения и критерий Рейнольдса для греющего и нагреваемого теплоносителей, м/с, ([7]):
<img width=«80» height=«46» src=«ref-1_1386401304-248.coolpic» v:shapes="_x0000_i1144">                                                                                       (1.30)

<img width=«205» height=«44» src=«ref-1_1386401552-458.coolpic» v:shapes="_x0000_i1145"> (м/с)

<img width=«92» height=«49» src=«ref-1_1386402010-268.coolpic» v:shapes="_x0000_i1146">                                                                                     (1.31)

<img width=«199» height=«41» src=«ref-1_1386402278-447.coolpic» v:shapes="_x0000_i1147"> (м/с)
где <img width=«20» height=«26» src=«ref-1_1386402725-105.coolpic» v:shapes="_x0000_i1148"> – площадь сечения одного хода по трубам, м2, <img width=«86» height=«24» src=«ref-1_1386402830-198.coolpic» v:shapes="_x0000_i1149"> (м2)

<img width=«23» height=«26» src=«ref-1_1386403028-110.coolpic» alt="*" v:shapes="_x0000_i1150">– площадь сечения межтрубного пространства между перегородками, м2, <img width=«79» height=«24» src=«ref-1_1386403138-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1151"> (м2)
<img width=«87» height=«45» src=«ref-1_1386403323-250.coolpic» v:shapes="_x0000_i1152">                                                                                      (1.32)

<img width=«220» height=«44» src=«ref-1_1386403573-513.coolpic» v:shapes="_x0000_i1153">

<img width=«92» height=«45» src=«ref-1_1386381475-259.coolpic» v:shapes="_x0000_i1154">                                                                                     (1.33)

<img width=«226» height=«44» src=«ref-1_1386404345-524.coolpic» v:shapes="_x0000_i1155">
1.5 Конструктивный расчет теплообменного аппарата
Определяется число труб в теплообменнике,([7]):
<img width=«112» height=«54» src=«ref-1_1386404869-383.coolpic» v:shapes="_x0000_i1156">                                                                                 (1.34)

<img width=«175» height=«44» src=«ref-1_1386405252-379.coolpic» v:shapes="_x0000_i1157"> (шт.)
где <img width=«23» height=«26» src=«ref-1_1386405631-109.coolpic» v:shapes="_x0000_i1158"> – площадь поверхности теплообмена стандартного теплообменника, м2, <img width=«52» height=«24» src=«ref-1_1386405740-142.coolpic» v:shapes="_x0000_i1159"> (м2);

<img width=«23» height=«26» src=«ref-1_1386405882-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1160"> – длина труб одного хода стандартного теплообменного аппарата, м, <img width=«45» height=«24» src=«ref-1_1386405988-126.coolpic» v:shapes="_x0000_i1161"> (м).

По условию трубы по сечению трубной решетки расположены по вершинам равносторонних треугольников. Количество трубок, расположенных по сторонам большего шестиугольника,([7]) :
<img width=«181» height=«45» src=«ref-1_1386406114-408.coolpic» v:shapes="_x0000_i1162">                                                                   (1.35)

<img width=«219» height=«45» src=«ref-1_1386406522-473.coolpic» v:shapes="_x0000_i1163">(шт.)
Количество трубок, расположенных по диагонали шестиугольника, ([7]):
<img width=«76» height=«19» src=«ref-1_1386406995-156.coolpic» v:shapes="_x0000_i1164">                                                                                        (1.36)

<img width=«105» height=«18» src=«ref-1_1386407151-176.coolpic» v:shapes="_x0000_i1165">(шт.).

Число рядов труб, омываемых теплоносителем в межтрубном пространстве, приближенно можно принять равным 0,5 · b, т.е., ([7])
<img width=«197» height=«27» src=«ref-1_1386407327-384.coolpic» v:shapes="_x0000_i1166">                                                                (1.37)

<img width=«293» height=«27» src=«ref-1_1386407711-514.coolpic» v:shapes="_x0000_i1167">
Для стандартных труб с наружным диаметром <img width=«23» height=«26» src=«ref-1_1386385221-113.coolpic» v:shapes="_x0000_i1168"> равным 20мм, размещенных по вершинам равносторонних треугольников, при развальцовке принимают шаг между трубами ([7], стр.12) :
t = (1,3<img width=«16» height=«16» src=«ref-1_1386408338-92.coolpic» v:shapes="_x0000_i1169">1,6)<img width=«23» height=«26» src=«ref-1_1386385221-113.coolpic» v:shapes="_x0000_i1170">,

t = 1,4·20 = 28 (мм)
Рассчитанную величину шага между отверстиями в трубной решетке сравнивают со стандартными значениями ([1])
Внутренний диаметр кожуха двухходового теплообменника, мм,([7]):
<img width=«104» height=«48» src=«ref-1_1386408543-304.coolpic» v:shapes="_x0000_i1171">                                                                                   (1.38)

<img width=«164» height=«48» src=«ref-1_1386408847-424.coolpic» v:shapes="_x0000_i1172"> (мм)
где <img width=«19» height=«21» src=«ref-1_1386409271-175.coolpic» v:shapes="_x0000_i1173"> – коэффициент заполнения трубной решетки, принимается равным 0,6 – 0,8.
1.6 Определение температуры поверхности стенок трубы
Термическое сопротивление теплоотдачи от греющего теплоносителя к поверхности загрязнений, (м²· К)/Вт, ([7]):
<img width=«68» height=«47» src=«ref-1_1386409446-205.coolpic» v:shapes="_x0000_i1174">                                                                                          (1.40)

<img width=«168» height=«41» src=«ref-1_1386409651-374.coolpic» v:shapes="_x0000_i1175">((м²· К)/Вт)
Термическое сопротивление слоя отложений со стороны греющего теплоносителя, (м²· К)/Вт, ([7])
<img width=«104» height=«47» src=«ref-1_1386410025-271.coolpic» v:shapes="_x0000_i1176">                                                                                   (1.41)

<img width=«166» height=«41» src=«ref-1_1386410296-362.coolpic» v:shapes="_x0000_i1177">((м²· К)/Вт)
где <img width=«57» height=«26» src=«ref-1_1386410658-313.coolpic» v:shapes="_x0000_i1178"> – тепловая проводимость слоя отложений со стороны греющего теплоносителя ([1]), <img width=«98» height=«24» src=«ref-1_1386410971-214.coolpic» v:shapes="_x0000_i1179"> ((м2· К)/Вт).

Термическое сопротивление стенки трубы, (м²· К)/Вт, ([7]):
<img width=«79» height=«54» src=«ref-1_1386411185-404.coolpic» v:shapes="_x0000_i1180">                                                                                        (1.42)

<img width=«162» height=«46» src=«ref-1_1386411589-378.coolpic» v:shapes="_x0000_i1181">((м²· К)/Вт)
где <img width=«31» height=«26» src=«ref-1_1386387323-212.coolpic» v:shapes="_x0000_i1182"> – толщина стенки трубки, м, <img width=«83» height=«25» src=«ref-1_1386412179-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1183"> (м);

<img width=«32» height=«26» src=«ref-1_1386387535-208.coolpic» v:shapes="_x0000_i1184"> – коэффициент теплопроводности стенки, Вт/м·К, <img width=«71» height=«24» src=«ref-1_1386387743-170.coolpic» v:shapes="_x0000_i1185"> (Вт/м·К).

Термическое сопротивление слоя отложений со стороны нагреваемого теплоносителя, (м²· К)/Вт, ([7]):


<img width=«97» height=«45» src=«ref-1_1386412751-262.coolpic» v:shapes="_x0000_i1186">                                                                                    (1.43)

<img width=«167» height=«41» src=«ref-1_1386413013-366.coolpic» v:shapes="_x0000_i1187">((м²· К)/Вт)
где <img width=«59» height=«26» src=«ref-1_1386413379-312.coolpic» v:shapes="_x0000_i1188"> – тепловая проводимость слоя отложений со стороны нагреваемого теплоносителя, Вт/(м²· К), ([1])
<img width=«99» height=«24» src=«ref-1_1386413691-216.coolpic» v:shapes="_x0000_i1189"> (Вт/(м²· К))
Термическое сопротивление теплоотдачи от стенки загрязнений к нагреваемому теплоносителю, (м²· К)/Вт, ([7], формула 1.44):
<img width=«65» height=«45» src=«ref-1_1386413907-203.coolpic» v:shapes="_x0000_i1190">

<img width=«161» height=«41» src=«ref-1_1386414110-350.coolpic» v:shapes="_x0000_i1191"> ((м²· К)/Вт)
Аналитически температура стенок трубы определяется по формулам,([7], формулы 1.45, 1.46):
<img width=«197» height=«26» src=«ref-1_1386414460-480.coolpic» v:shapes="_x0000_i1192">

<img width=«359» height=«25» src=«ref-1_1386414940-736.coolpic» v:shapes="_x0000_i1193"> (ºС)

<img width=«207» height=«26» src=«ref-1_1386415676-500.coolpic» v:shapes="_x0000_i1194">

<img width=«355» height=«25» src=«ref-1_1386416176-711.coolpic» v:shapes="_x0000_i1195"> (ºС)
Для проверки температуру стенки определим графическим способом, ([7], рис П.1.4).




<img width=«542» height=«312» src=«ref-1_1386416887-12868.coolpic» v:shapes="_x0000_i1196">

Рис.4. Графический способ определения температуры поверхности стенки трубы со стороны греющего и нагреваемого теплоносителей
1.7 Гидравлический расчет теплообменника
Целью гидравлического расчёта является определение величины потери давления теплоносителей при их движении через теплообменный аппарат.

Полное гидравлическое сопротивление при движении жидкости в трубах теплообменного аппарата определяется выражением, Па, ([7]):
<img width=«120» height=«25» src=«ref-1_1386429755-261.coolpic» v:shapes="_x0000_i1197">                                                                               (1.47)
где <img width=«48» height=«29» src=«ref-1_1386430016-261.coolpic» v:shapes="_x0000_i1198">– гидравлическое сопротивление трения, Па, ([7]);

<img width=«41» height=«26» src=«ref-1_1386430277-240.coolpic» v:shapes="_x0000_i1199">– потери давления, обусловленные наличием местных сопротивлений; складываются из сопротивлений, возникающих в связи с изменением площади сечения потока, обтекания препятствий, Па, ([7]);




<img width=«163» height=«48» src=«ref-1_1386430517-396.coolpic» v:shapes="_x0000_i1200">                                                                       (1.48)

<img width=«335» height=«44» src=«ref-1_1386430913-664.coolpic» v:shapes="_x0000_i1201"> (Па)
где <img width=«16» height=«22» src=«ref-1_1386431577-174.coolpic» v:shapes="_x0000_i1202"> – коэффициент трения, ([7]);

z– число ходов теплоносителя по трубному пространству, z=2.

Коэффициент трения определяется по формуле:
<img width=«216» height=«65» src=«ref-1_1386431751-755.coolpic» v:shapes="_x0000_i1203">                                                            (1.49)

<img width=«343» height=«63» src=«ref-1_1386432506-995.coolpic» v:shapes="_x0000_i1204">
где <img width=«74» height=«26» src=«ref-1_1386433501-301.coolpic» v:shapes="_x0000_i1205"> – относительная шероховатость труб, ([7], стр.14);
<img width=«141» height=«21» src=«ref-1_1386433802-260.coolpic» v:shapes="_x0000_i1206">
<img width=«17» height=«20» src=«ref-1_1386434062-173.coolpic» v:shapes="_x0000_i1207"> – высота выступов шероховатостей, принимаем <img width=«17» height=«20» src=«ref-1_1386434062-173.coolpic» v:shapes="_x0000_i1208"> = <metricconverter productid=«0,2 мм» w:st=«on»>0,2 мм,([7], стр.14).

Потери давления, обусловленные наличием местных сопротивлений, Па,([7]):
<img width=«128» height=«44» src=«ref-1_1386434408-314.coolpic» v:shapes="_x0000_i1209">                                                                              (1.50)

<img width=«235» height=«44» src=«ref-1_1386434722-509.coolpic» v:shapes="_x0000_i1210"> (Па)
где <img width=«29» height=«26» src=«ref-1_1386435231-208.coolpic» v:shapes="_x0000_i1211"> – сумма коэффициентов местных сопротивлений трубного

пространства,([7]):
<img width=«432» height=«31» src=«ref-1_1386435439-1039.coolpic» v:shapes="_x0000_i1212">                 (1.51)

<img width=«273» height=«24» src=«ref-1_1386436478-413.coolpic» v:shapes="_x0000_i1213"> 
где <img width=«37» height=«31» src=«ref-1_1386436891-219.coolpic» v:shapes="_x0000_i1214">,<img width=«42» height=«32» src=«ref-1_1386437110-232.coolpic» v:shapes="_x0000_i1215"> – коэффициенты сопротивлений входной и выходной камер ([1]), <img width=«79» height=«31» src=«ref-1_1386437342-334.coolpic» v:shapes="_x0000_i1216">,<img width=«82» height=«32» src=«ref-1_1386437676-346.coolpic» v:shapes="_x0000_i1217">;

<img width=«47» height=«29» src=«ref-1_1386438022-246.coolpic» v:shapes="_x0000_i1218">, <img width=«56» height=«29» src=«ref-1_1386438268-260.coolpic» v:shapes="_x0000_i1219"> – коэффициенты сопротивлений входа в трубы и выхода из них ([1]), <img width=«59» height=«25» src=«ref-1_1386438528-156.coolpic» v:shapes="_x0000_i1220">, <img width=«65» height=«25» src=«ref-1_1386438684-162.coolpic» v:shapes="_x0000_i1221">;

<img width=«37» height=«32» src=«ref-1_1386438846-218.coolpic» v:shapes="_x0000_i1222"> – коэффициент сопротивления поворота между ходами,([1]), <img width=«90» height=«34» src=«ref-1_1386439064-391.coolpic» v:shapes="_x0000_i1223">.

Величина потерь давления греющего теплоносителя в теплообменном аппарате, Па,([7]):
<img width=«121» height=«25» src=«ref-1_1386439455-261.coolpic» v:shapes="_x0000_i1224">                                                                               (1.52)

<img width=«179» height=«22» src=«ref-1_1386439716-314.coolpic» v:shapes="_x0000_i1225"> (Па)
Величина потерь давления нагреваемого теплоносителя в межтрубном пространстве теплообменника, Па, ([7]):
<img width=«124» height=«44» src=«ref-1_1386440030-313.coolpic» v:shapes="_x0000_i1226">                                                                               (1.53)

<img width=«249» height=«44» src=«ref-1_1386440343-522.coolpic» v:shapes="_x0000_i1227"> (Па)
где <img width=«32» height=«26» src=«ref-1_1386440865-213.coolpic» v:shapes="_x0000_i1228"> – сумма коэффициентов местных сопротивлений межтрубного пространства, ([7]):

<img width=«243» height=«25» src=«ref-1_1386441078-404.coolpic» v:shapes="_x0000_i1229">                                                       (1.54)

<img width=«308» height=«24» src=«ref-1_1386441482-592.coolpic» v:shapes="_x0000_i1230">
где <img width=«28» height=«26» src=«ref-1_1386442074-203.coolpic» v:shapes="_x0000_i1231">, <img width=«36» height=«26» src=«ref-1_1386442277-222.coolpic» v:shapes="_x0000_i1232"> – коэффициент сопротивления входа и выхода жидкости ([1]), <img width=«55» height=«24» src=«ref-1_1386442499-149.coolpic» v:shapes="_x0000_i1233">, <img width=«61» height=«24» src=«ref-1_1386442648-157.coolpic» v:shapes="_x0000_i1234">

<img width=«39» height=«29» src=«ref-1_1386442805-234.coolpic» v:shapes="_x0000_i1235"> – коэффициент сопротивления пучка труб,([7]):
<img width=«108» height=«49» src=«ref-1_1386443039-338.coolpic» v:shapes="_x0000_i1236">    продолжение
--PAGE_BREAK--