Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа (124243)

Посмотреть архив целиком

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.


  1. Задание на расчет кожухотрубчатого теплообменника……………………1

  2. Расчет кожухотрубчатого теплообменника

  1. Расчет средней разницы температур между теплоносителями......2

  2. Расчет средней температуры каждого теплоносителя….......……...2

  3. Теплофизические свойства теплоносителей при их средних температурах………………………………………………………………………2

  4. Расчет объемного и массового расхода теплоносителя.....................3

  5. Расчет тепловой нагрузки на аппарат..................................................3

  6. Расчет массового и объемного расхода хладагента...........................3

  7. Расчет средней скорости потока хладагента.......................................3

  8. Расчет критерия Рейнольдса и режим движения каждого потока....3

  9. Расчет ориентировочных коэффициентов теплоотдачи для каждого потока……………………………………………………………………………...3

  10. Расчет ориентировочного коэффициента теплопередачи без учета загрязнения стенки..................................................................................................5

  11. Расчет ориентировочного коэффициента теплопередачи с учета загрязнения стенки..................................................................................................5

  12. Расчет температуры стенки со стороны каждого потока и перерасчет значений коэффициентов теплопередачи, теплоотдачи, удельной теплопроводимости.....................................................................................5

  13. Расчет необходимой площади теплообмена......................................7

  14. Подбор диаметров штуцеров для ввода и вывода потоков...............7

  15. Расчет гидравлического сопротивления трубного и межтрубного пространств, исходя из допустимых скоростей их движения...........................7

    1. Выводы и рекомендации..................................................................................9

    2. Библиография...................................................................................................10


РАСЧЕТ КОЖУХОТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА


  1. Расчет средней разницы температур между теплоносителями

Для этого определим среднюю разность температур при прямотоке теплоносителей:

  1. 50

  1. 40

  1. 10

Для этого определим среднюю разность температур при противотоке теплоносителей:

  1. 50

  1. 20

  1. 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:

  1. Рассчитаем среднюю температуру каждого теплоносителя:

  1. Выпишем теплофизические свойства теплоносителей при их средних температурах.

Таблица 1


Горячий теплоноситель (1)

Хладагент (2)

октан

вода

ρ1, кг/м3

С1, Дж/кгК

μ1, Па с

λ1, Вт/(м К)

ρ2, кг/м3

С2, Дж/кгК

μ2, Па с

λ2, Вт/(м К)

657

2056

0,000306

0,1095

996

4180

0,000804

0,618


  1. Рассчитаем массовый и объемный расходы теплоносителя:

  1. 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

  1. Рассчитаем массовый и объемный расход хладагента:

Исходя из теплового баланса и ранее найденной тепловой нагрузки на аппарат, получим:

  1. Рассчитаем среднюю скорость хладагента:

  1. Рассчитаем критерий Рейнольдса и режим движения каждого потока:

- развитое турбулентное движение

- развитое турбулентное движение

  1. 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:

  1. Рассчитаем ориентировочный коэффициент теплопередачи без учета загрязнений стенки

, где - коэффициент теплопроводности стенки теплообменника

  1. Рассчитаем ориентировочный коэффициент теплопередачи с учета загрязнений стенки

Найдем термическое сопротивление стенки и загрязнений:

Ориентировочный коэффициент теплопередачи с учетом загрязнения стенки:

  1. 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/кгК

μст1, Пас

λст1, Вт/мК

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/кгК

μст2, Пас

λст2, Вт/мК

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%.






Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.