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 0
С
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.
|
