Нужна индивидуальная работа?

Подберем литературу

Поможем справиться с любым заданием

Подготовим презентацию и речь

Оформим готовую работу

Узнать стоимость своей работы

Дарим 200 руб.
на первый
заказ

Курсовая работа

Бухгалтерский учет и аудит

Курсовая работа на тему: Генераторы тепла и автономное теплоснабжение

Купить за 650 руб.

Страниц

Размер файла

773.72 КБ

Просмотров

Покупок

Тип работы Курсовая работа Дисциплина ГЕНЕРАТОРЫ ТЕПЛА И АВТОНОМНОЕ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ Тема Гидравлический расчет тепловых сетей Кол-во страниц 30-40 Срок сдачи 27.09.2016

Введение

Выбор варианта исходных данных для расчета рекуперативного теплообменника

Последние цифры ИНС

вар

Греющий

теплоноситель

0С

Нагреваемый

теплоноситель

0С

кг/с

Вода

II. ОФОРМЛЕНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Теоретическая и практическая часть курсовой работы оформляются в виде единого документа в формате Microsoft Word шрифтом Times New Roman (размер 12 - 14пт) с титульным листом (Приложение 1).

Графическая часть работы оформляется на формате А1 в масштабе и должна быть представлена в формате JPEG, TIFF или PDF.

Объем теоретической части курсовой работы не должен превышать 20-25 страниц.

При оформлении расчетно-пояснительной записки и графической части курсовой работы необходимо соблюдать следующие требования:

1. Курсовая работа - самостоятельная разработка конкретной темы с элементами научного анализа, отражающая приобретенные студентом теоретические знания и практические навыки, умение работать с литературой, анализировать источники, делать обстоятельные и обоснованные выводы.

2. Оригинальность текста теоретической части курсовой работы должна быть не менее 40 % (процент оригинальности определяется программой проверки на антиплагиат Etxt).

3. Содержание теоретической части курсовой работы должно соответствовать теме и полностью ее раскрывать. Все рассуждения нужно аргументировать. Следует стремиться к тому, чтобы изложение было ясным, простым, точным и при этом выразительным и логичным. Изложение темы должно быть конкретным, насыщенным фактическими данными, сопоставлениями, расчетами. При изложении материала необходимо соблюдать общепринятые правила:

- не рекомендуется вести повествование от первого лица единственного числа (такие утверждения лучше выражать в безличной форме);

- при упоминании в тексте фамилий обязательно ставить инициалы перед фамилией;

- каждая глава (часть работы) начинается с новой страницы, а пункты или подпункты - с новой строки;

- при изложении различных точек зрения и научных положений, цитат, выдержек из литературы, необходимо указывать источники, т.е. приводить ссылки;

- таблицы и рисунки должны иметь нумерацию и название;

- формулы выравниваются "по центру" и должны быть пронумерованы сквозной или поглавной нумерацией, все входящие в них величины должны быть расшифрованы под ними.

4. Курсовая работа должна состоять из следующих разделов:

- оглавления,

- введения (с указанием цели и задач работы);

- основной части (теоретическая и практическая части),

- заключения,

- списка использованной литературы, включающего 20-40 единиц,

- приложений (в том числе, графическая часть).

5. В практической части курсовой работы должны быть отражены все пункты, соответственно подзаголовкам главы "Теплотехнический расчет рекуперативного теплообменника" методических указаний по выполнению расчета.

6. Практическая часть курсовой работы должна содержать подробные записи всех выполненных расчетов, включая все необходимые пояснения к используемым формулам.

Приложение 1

ВВЕДЕНИЕ

В самых различных областях техники постоянно возникает необходимость в разработке и создании теплообменных аппаратов, служащих для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. При этом в соответствии с исходными требованиями решаемой задачи необходимо выбрать подходящий вариант конструкции теплообменника; произвести его конструктивный расчет, определив при этом основные геометрические размеры конструируемого аппарата; произвести поверочный расчет проектируемого аппарата, с целью проверки, соответствует ли он исходным требованиям.

Для выполнения указанных работ необходимы знания о существующих вариантах конструкций теплообменников и их технических характеристиках; знания о методах теплотехнического расчета теплообменных аппаратов; умение пользоваться справочной и нормативной литературой; умение выполнять на практике конструирование и расчет теплообменника.

Целью настоящих методических указаний является обучение студентов умению выбирать, соответственно решаемой технической задаче, рациональную конструкцию теплообменного аппарата и выполнять его теплотехнический расчет.

01 - Введение

Сайт:

Московский технологический институт "ВТУ" - СДО

Курс:

Генераторы тепла и автономное теплоснабжение

Книга:

01 - Введение

Напечатано::

Бибик Андрей Викторович

Дата:

Четверг 30 Июнь 2016, 14:38

Оглавление

- Введение в раздел

- 1.1. Классификация рекуперативных теплообменников

- 1.2. Секционные теплообменники

- 1.3. Кожухотрубные теплообменники

- 1.4. Пластинчатые теплообменники

Введение в раздел

При конструировании и эксплуатации теплоэнергетических установок возникает необходимость конструирования нового или выбора и расчета стандартного теплообменного оборудования, предназначенного для работы в составе самой установки, либо для вспомогательных целей.

В соответствии с содержанием задачи, которая должна быть решена, целесообразно использование того, или иного вида теплообменной аппаратуры. Для обоснования подобного выбора, как в процессе курсового проектирования, так и при выполнении дипломных проектов возникает необходимость разработать не только схематические, но и конструктивные элементы систем и установок, включающих стандартную теплообменную аппаратуру. Поэтому в данной разработке приведены примеры конструкций современных рекуперативных теплообменников, с указанием их геометрических характеристик и других, необходимых при конструировании и расчете технических данных. Подобные сведения также необходимы и при расчете и конструировании новой теплообменной аппаратуры, для того чтобы сравнить разрабатываемые конструктивные решения теплообменников с уже известными.

1.1. Классификация рекуперативных теплообменников

Теплообменным аппаратом (теплообменником) принято называть устройство для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. Теплообменные аппараты, применяемые на промышленных предприятиях, могут или непосредственно входить в состав технологического оборудования, или служить для вспомогательных целей, например, для подвода теплоты к теплоносителю вне теплоиспользующей установки, или для использования вторичной теплоты отработавших теплоносителей.

По цикличности работы теплообменные аппараты подразделяют на теплообменники непрерывного и периодического действия. Для теплообменников непрерывного действия главным является установившийся режим их работы. В этом режиме остаются неизменными по времени расходы обоих теплоносителей, проходящих через теплообменник, а также их начальная и конечная температура.

Для теплообменных аппаратов периодического действия основным является неустановившийся режим. В этом режиме происходит изменение по времени начальной и конечной температуры одного или обоих теплоносителей. Возможно также изменение их расходов.

Рекуперативными (рекуператорами) называют аппараты, в которых передача теплоты от одного теплоносителя к другому происходит через разделяющую их стенку. Процесс теплопередачи при этом складывается из теплоотдачи от греющего теплоносителя к стенке, теплопроводности и теплоотдачи от стенки к нагреваемому теплоносителю. Прямой контакт между теплоносителями отсутствует.

Одним из наиболее важных этапов проектирования теплоэнергетических установок является выбор типа и типоразмера теплообменных аппаратов, входящих в состав установки. Конструктору на самой ранней стадии проектирования следует проанализировать существующие типовые конструкции и выбрать наиболее приемлемую. Если окончательное решение не может быть принято сразу, то на первой стадии проектирования оправдано рассмотрение нескольких более или менее подходящих типов теплообменников. В связи с этим кратко рассмотрим классификацию и наиболее распространенные конструкции стандартных рекуперативных теплообменников.

В зависимости от формы поверхности теплообмена, рекуперативные теплообменники могут быть подразделены на аппараты с поверхностью теплообмена из труб и аппараты с поверхностью теплообмена из листа. Теплообменные аппараты с поверхностью теплообмена из труб, как правило, позволяют допустить значительную разность давлений теплоносителей. Теплообменники с поверхностью теплообмена из листа в ряде случаев более компактны. Вначале проанализируем основные варианты теплообменников с поверхностью теплообмена из труб.

1.2. Секционные теплообменники

Название "секционный" указывает на то, что из таких теплообменников, путем соединения их между собой, может быть набрана требуемая поверхность теплообмена. Секционный теплообменник состоит из одной или нескольких теплопередающих труб, заключенных в общем корпусе. Поверхность теплообмена одной секции используемых в промышленности секционных теплообменников составляет 0,75-30 м2, а число труб в секции от 4 до 140. Длина трубного пучка в одной секции стандартного теплообменника обычно составляет 2 или 4 м.

К разряду секционных можно отнести и теплообменники типа "труба в трубе". Такой аппарат (рис. 1.1а) содержит только одну теплопередающую трубу, коаксиально расположенную внутри корпуса. Теплообменник снабжается патрубками для подвода и отвода теплоносителей. Один из них движется в полости внутренней трубы 2. Другой теплоноситель движется в кольцевом зазоре между внутренней и наружной трубой 1. Внутренняя труба может иметь продольные ребра, приваренные к ней изнутри или снаружи для увеличения поверхности теплообмена со стороны потока с меньшим коэффициентом теплоотдачи.

Секции теплообменника по ходу движения теплоносителя могут быть соединены последовательно или параллельно. На рис. 1.1б представлено последовательное соединение секций, как по ходу греющего, так и по ходу нагреваемого теплоносителей.

б) а)

Рисунок 1.1. Секционные теплообменники.

Преимуществами теплообменников типа "труба в трубе" являются высокие коэффициенты теплоотдачи, пригодность для paботы при высоком давлении теплоносителей, простота изготовления, монтажа и обслуживания. К недостаткам относятся: низкая компактность, высокая стоимость из-за большого расхода металла на наружные трубы, не участвующие в теплообмене, сложность очистки кольцевого пространства между трубами.

Теплообменники типа "труба в трубе" используются в основном для нагревания или охлаждения теплоносителя в тех случаях, когда требуются сравнительно небольшие поверхности теплообмена. Они также могут использоваться в процессах, сопровождающихся кипением или конденсацией теплоносителя. Преимущество теплообменника "труба в трубе" заключается в разнообразии компоновок, и, кроме того, они могут быть быстро собраны из стандартных элементов на месте монтажа. При необходимости поверхность теплообмена может быть увеличена за счет установки дополнительных секций. Упрощается контроль распределения потоков теплоносителя по каждому каналу теплообменника, что особенно важно при охлаждении вязких жидкостей, когда в случае необходимости один насос может быть установлен для группы теплообменников. Главными недостатками теплообменников типа "труба в трубе" являются большой объем и высокая стоимость в расчете на единицу поверхности теплообмена.

Дальнейшее развитие конструкции секционных теплообменных аппаратов представляют собой теплообменники (рис. 1.1б), в корпусе 1 которых размещается не одна труба, а пучок труб 2. Такой аппарат компактнее теплообменника типа "труба в трубе" и, в расчете на единицу площади поверхности теплообмена, дешевле. Конструктивное оформление и основные размеры стандартных секционных теплообменников приведены на рис. 1.2, а их технические данные - в табл. 1.1. Общая компоновка секций, соединенных последовательно как по ходу греющего так и по ходу нагреваемого теплоносителя ясна из рис. 1.3. Трубный пучок выполнен из трубок 16 x 1 (первое число - наружный диаметр трубки, второе - толщина стенки трубки). В третьем столбце табл.1.1 приведены отношения наружного диаметра корпуса теплообменника D* к его внутреннему диаметру Dв.

Следует отметить, что в секционных теплообменниках длина трубного пучка обычно в десятки раз больше диаметра корпуса. Поэтому в них практически осуществимы лишь две схемы движения теплоносителей: прямоточная и противоточная.

Рисунок 1.2. Основные размеры секционных теплообменников без компенсатора температурных удлинений: 1 - секция; 2 - калач с фланцем; 3 - переход с фланцем.

Рисунок 1.3. Компоновка секционных теплообменников с компенсатором температурных удлинений: 1 - секция; 2 - калач с фланцем; 3 - переход с фланцем; 4 - компенсатор.

Таблица 1.1. Технические данные секционных теплообменников

Условное

обозначение

Размеры, мм

Поверхность нагрева, м2

Кол-во трубок, шт

Тепловой поток, кВт

Масса секции, кг

D*/Dв

dн

1-57х2000-Р

2-57х4000-Р

3-76х2000-Р

4-76х4000-Р

5-89х2000-Р

6-89х4000-Р

7-114х2000-Р

8-114х4000-Р

9-168x2000-Р

10-168х4000-Р

11-219x2000-Р

12-219x4000-Р

13-273х2000-Р

14-273х4000-Р

15-325х2000-Р

16-325x4000-Р

1.3. Кожухотрубные теплообменники

Кожухотрубные теплообменные аппараты отличаются от секционных большим числом трубок в трубном пучке, которое обычно составляет от сотен до тысяч. В связи с этим кожухотрубные теплообменники компактнее секционных, т.е. в единице объема такого аппарата размещается большая поверхность теплообмена. Кроме того, конструкция кожухотрубных теплообменников позволяет создавать различные схемы движения теплоносителей.

Кожухотрубные теплообменные аппараты могут быть использованы для любой комбинации теплоносителей: жидкость - жидкость, газ - жидкость, газ - газ. Общим для всех кожухотрубных теплообменников является наличие большого числа труб (трубного пучка), концы которых герметично укреплены в отверстиях трубных досок (решеток), и наличие общего кожуха, охватывающего трубный пучок снаружи. Обычно в промышленных кожухотрубных теплообменниках используют трубы с внутренним диаметром не менее 12 и не более 38 мм. Нижнее ограничение обусловлено удобством очистки внутренней поверхности труб, верхнее - снижением удельной площади поверхности теплообменника. Возможная длина трубного пучка обычно составляет 0,9 ... 6 м, толщина стенок труб - 0,5... 2,5 мм. Трубы диаметром менее 12 мм используют в тех случаях, когда нет опасности загрязнения их внутренней поверхности и когда необходимо увеличить компактность теплообменника.

Теплоносители, способные загрязнять поверхность теплообмена, направляют в полости труб трубного пучка, так как только они доступны для механической очистки.

В кожухотрубных теплообменниках достигаются достаточно большие отношения площади поверхности теплообмена к объему и массе. Размеры поверхности теплообмена легко можно варьировать в широких пределах.

Трубы являются основным элементом, обеспечивающим теплопередачу между теплоносителем, протекающим внутри труб и в межтрубном пространстве. Трубы могут быть либо гладкими, либо с невысокими ребрами снаружи. В последнем случае наружный диаметр ребра выбирается немного меньше, чем наружный диаметр неоребренных концов труб, что позволяет вставлять оребренные трубы через отверстия в трубной доске. Трубы закрепляются в трубных досках на каждом конце (за исключением U-образных труб, которые закрепляются только в одной трубной доске). Трубы либо развальцовываются в трубной доске, либо привариваются к ним снаружи.

Трубная доска представляет собой металлический диск, в котором имеются отверстия для труб с элементами уплотнений.

Кожух имеет вид цилиндра, внутри которого помещены трубы и циркулирует теплоноситель. Он обычно изготовляется вальцовкой металлического листа соответствующего размера и сваркой продольным швом. Кожух малого диаметра (до 0,6 м) можно изготовить из трубы, обрезав ее до желаемой длины.

Теплоноситель поступает в кожух через входной патрубок и удаляется через выходной. Чаще всего патрубки изготавливаются из стандартных труб, которые привариваются к кожуху. В тех случаях, когда в межтрубное пространство подается двухфазный поток или насыщенный пар, внутри кожуха за входным патрубком могут быть установлены отражающие пластины, имеющие несколько большие размеры, чем сечение самого патрубка. Это защищает зону трубного пучка, на которую истекает входящий поток пара, от абразивного износа.

Важным элементом большинства кожухотрубных теплообменников является набор поперечных перегородок в межтрубном пространстве. Они позволяют повысить скорость теплоносителя, движущегося в между трубами, а также предохраняют трубы от изгиба, вибрации. Кроме того, перегородки направляют поток теплоносителя поперек труб, что улучшает теплоотдачу, но увеличивает гидравлические потери давления.

Сегментные перегородки являются наиболее простым вариантом их конструкции. По форме они представляют собой сегмент круга с отверстиями для трубок трубного пучка. Основные требования к перегородкам заключаются в том, чтобы все трубы были одинаково зафиксированы и чтобы последующие перегородки частично перекрывали, по крайней мере, один полный ряд труб для обеспечения достаточной жесткости трубного пучка.

Ниже, в качестве примера, приводится анализ конструкции современного типа кожухотрубных теплообменных аппаратов.

Водо-водяные малогабаритные разборные подогреватели сетевой воды типа ПВМР предназначены для котельных промышленных предприятий, тепловых узлов, могут быть использованы и в составе других видов теплоэнергетического оборудования различных отраслей промышленности. Конструкция подогревателей типа ПВМР, двухходовых по нагреваемой сетевой воде, показана на рис. 1.4, а на рис. 1.5 приведена схема движения теплоносителей в этом аппарате. Можно заметить, что в теплообменнике предусмотрены два хода теплоносителя, движущегося в трубках. Кроме того, на рис. 1.5 показаны пять ходов теплоносителя движущегося в межтрубном пространстве. Соответственно, изображены 4 сегментные перегородки 7. Если изменить число сегментных перегородок, то изменится и число ходов теплоносителя, движущегося в межтрубном пространстве.

Теплообменник работает следующим образом. Нагреваемая вода через патрубок Б поступает в распределительную камеру 1, снабженную перегородкой 8, и направляется в полости трубок нижней (по рисунку) половины трубного пучка. Затем, пройдя водяную камеру 4, нагреваемая жидкость возвращается по верхней половине трубного пучка в камеру 1 и выходит через патрубок А. Греющая вода поступает в корпус теплообменника через патрубок В и, совершив 5 ходов межу сегментными перегородками 7, выходит через патрубок Г.

В таблице 1.2 приведены основные размеры и характеристики теплообменников типа ПВМР. Для изготовления поверхности теплообмена использованы трубки диаметром 16*1 либо 19*1 мм (по специальному заказу - диаметром 22*1 мм) из латуни, нержавеющей стали или сплава МНЖ-5-1. На рабочее давление 10 кгс/см2 (1,0 МПа) подогреватели выпускаются с плоскими, а на давление 16 кгс/см2 (1,6 МПа) - с эллиптическими (рис.1.4) днищами 1,5.

Пояснения к табл. 1.2: 1. Последнее число в обозначении подогревателей означает давление среды в МПа. 2. Характеристики даны для подогревателей с гладкими трубками Ø16х1 и Ø19х1 мм из латуни. 3. Тепловой поток определен при номинальном расходе сетевой воды и разности начальных температур сред 15 °С. 4. Гидравлическое сопротивление трубного пучка для всех подогревателей при чистых гладких трубках не более 0,015 МПа. 5. При применении в пучке профильно-витых труб приведенные в таблице величины тепловых потоков увеличиваются на 20%, а гидравлическое сопротивление - в 1,5 раза. 6. При применении плоских донышек размер "L" в зависимости от типоразмера уменьшается примерно на величину от 100 до 150 мм. 7. Поверхность теплообмена определена по наружному диаметру труб. 8. 8. При применении труб из нержавеющей стали величины тепловых потоков должны быть снижены на 8-10%.

Рисунок 1.4. Схема подогревателя ПВМР: 1 - камера распределительная; 2 - корпус; 3 трубная система; 4 - малая водяная камера; 5 - съемная часть корпуса; А - отвод сетевой воды; Б - подвод сетевой воды; В - подвод греющей воды; Г - отвод греющей воды.

Рисунок 1.5. Схема движения теплоносителей в подогревателе ПВМР. Обозначения те же, что и на рис. 1.4. Кроме того: 6 -трубная решетка; 7 - сегментная перегородка; 8 - перегородка распределительной камеры.

Обозначение подогревателя

Основные размеры, мм

Главные характеристики

Dк

dн

Площадь поверхности нагрева, м2

Расход сетевой воды, т/ч

Тепловой поток, кВт, при трубках

А, Б, В, Г

гладких

профильно-витых

ПВМР114*2-1,0

ПВМР114*2-1,6

ПВМР159*2-1,0

ПВМР168*2-1,0

ПВМР168*2-1,6

ПВМР219*2-1,0

ПВМР219*2-1,6

ПВМР273*2-1,0

ПВМР273*2-1,6

ПВМР325*2-1,0

ПВМР325*2-1,6

ПВМР377*2-1,0

ПВМР377*2-1,6

ПВМР426*2-1,0

ПВМР426*2-1,6

ПВМР480*2-1,0

ПВМР480*2-1,6

ПВМР530*2-1,0

ПВМР530*2-1,6

ПВМР630*2-1,0

ПВМР630*2-1,6

ПВМР720*2-1,0

ПВМР720*2-1,6

ПВМР820*2-1,0

ПВМР820*2-1,6

1.4. Пластинчатые теплообменники

Характерной особенностью пластинчатых теплообменников является наличие параллельных пластин (не считая специальных пластин для предотвращения деформации канала под действием внешнего давления), которые образуют систему параллельных каналов. Один теплоноситель протекает через одну систему каналов, а другой - через другую. К этому типу теплообменников относятся пластинчато-рамный или пакетно-пластинчатый теплообменник.

Теплообменник пластинчато-рамного типа показан на рис. 1.6. Он состоит из ряда параллельных пластин, удерживаемых вместе в раме, в которой для предотвращения утечек имеются прокладки, сжимаемые между пластинами.

Рис. 1.6. Теплообменник пластинчато-рамного типа: 1 - подвижная крышка; 2 - несущая балка; 3 - пакет пластин; 4 - фиксирующая крышка.

Уплотненные отверстия в пластинах образуют каналы, в которых теплоноситель может перетекать из зазора между одной парой пластин в зазор между их другой парой. Также организовано движение каждого из теплоносителей в пространстве между каждой парой пластин. Конструктивно все оформляется так, чтобы каждая из теплопередающих пластин омывалась с одной стороны греющим, а с другой стороны - нагреваемым теплоносителем.

Пластины обычно имеют толщину порядка 0,5-1 мм. Поэтому, чтобы выдержать рабочее давление, они должны иметь много точек контакта друг с другом. С этой целью чаще всего используются гофрированные в виде елочки металлические листы. Два таких листа с взаимно противоположной ориентацией гофра устанавливаются по обе стороны пластины. Опорные точки получаются в местах пересечения гофров. Многократное сжатие, расширение и изменение направления потока приводят к его сильной турбулизации и, как следствие, к высокой интенсивности теплоотдачи, большим перепадам давления и касательным напряжениям. Это, в конечном счете, способствует уменьшению отложений на поверхностях пластин.

Пластинчатые теплообменники компактны и отличаются небольшой массой поверхности теплообмена, и поэтому они широко используются в областях промышленности, где существенны ограничения по габаритам и по массе. Пластины могут быть изготовлены, как правило, из любого металла (хотя пластины из низкоуглеродистой стали почти никогда не применяются, потому что в этом случае пластинчатые теплообменники неконкурентоспособны по сравнению с кожухотрубными). Рабочие давления и температуры ограничены сравнительно низкими значениями из-за материалов уплотнений и особенностей конструкции.

Пластинчатые теплообменники обычно используются для теплопередачи между двумя потоками жидкости. Даже вязкие жидкости можно прокачивать по извилистым проходам в турбулентном режиме при низких числах Рейнольдса. Изредка пластинчатые теплообменники используются как конденсаторы для умеренно плотных паров (например, паров аммиака) или как испарители. Они получили распространение в пищевой промышленности, потому что легко разбираются для чистки и стерилизации.

На рис. 1.7 приведена конструкция пластинчатого разборного теплообменника М15-ВFМ8 фирмы Альфа Лаваль (Швеция), а в табл. 1.3 указаны его технические характеристики. Конструкция теплообменника включает набор гофрированных пластин, изготовленных из коррозионно-стойкого материала (нержавеющей стали), с каналами для двух жидкостей, участвующих в процессе теплообмена.

Пакет пластин размещен между опорной и прижимной плитами, и закреплен стяжными болтами. Каждая пластина снабжена прокладкой из термостойкой резины, уплотняющей соединение и направляющей различные потоки жидкостей в соответствующие каналы. Необходимое число пластин, их профиль и размер, определяется в соответствии с расходами сред и их физико-химическими свойствами, температурным режимом и допустимой потерей напора по горячей и холодной стороне.

Гофрированная поверхность пластин обеспечивает высокую степень турбулентности потоков и жесткость конструкции теплообменника.

02 - 2. Теплотехнический расчет рекуперативного теплообменника

Сайт:

Московский технологический институт "ВТУ" - СДО

Курс:

Генераторы тепла и автономное теплоснабжение

Книга:

02 - 2. Теплотехнический расчет рекуперативного теплообменника

Напечатано::

Бибик Андрей Викторович

Дата:

Четверг 30 Июнь 2016, 14:42

Оглавление

- Введение в раздел

- 2.1. Исходные данные к расчету рекуперативного теплообменника

- 2.2. Конструктивный расчет рекуператора

- 2.3. Поверочный расчет теплообменника

Введение в раздел

Для разработки рациональной конструкции теплообменного аппарата, отвечающей исходным требованиям на проектирование, необходимо соблюдать определенную последовательность действий. Для наглядности эта последовательность проиллюстрирована примером конструирования и расчета секционного теплообменника. Изложенные принципы можно применить и к расчету других типов рекуперативных теплообменников.

Конструирование и расчет теплообменного аппарата основываются на исходных данных решаемой задачи. В их число обязательно входят сведения о теплоносителях, поступающих в теплообменник: об их расходах, начальных и конечных температурах, теплофизических свойствах. Если теплоноситель изменяет в теплообменнике свое агрегатное состояние, то необходимы сведения о составе двухфазных потоков на входе и выходе из аппарата.

Рис. 1.7. Пластинчатый разборный теплообменник М15-BFM8

Таблица 1.3. Технические характеристики разборного пластинчатого теплообменника М15-МFМ8.

Параметр

Размерность

Греющий теплоноситель

Нагреваемый теплоноситель

Среда

Дрожжевое молоко

Вода

Плотность

кг/м3

Теплоемкость

кДж/(кг*К)

Теплопроводность

Вт/(м*К)

Вязкость на входе

сПуаз

Вязкость на вых.

сПуаз

Температура

на входе

0С

Температура

на выходе

0С

Передаваемый тепловой поток

кВт

Коэффициент теплопередачи

Вт/(м2*К)

Гидравлические потери

кПа

Поверхность теплообмена

м2

Схема движения теплоносителей

Противоток

Количество пластин

шт

Число теплопередающих пластин

шт

Число ходов

Материал пластин

Толщина пластины

мм

Размер патрубков

мм

Назначение патрубков

Расчетное давление

бар

Внутренний объем

дм3

Вес аппарата

кг

2.1. Исходные данные к расчету рекуперативного теплообменника

При выполнении курсовой работы исходные данные следует брать из табл.2.1, соответственно номеру своего варианта. Ниже дан пример исходных данных и, соответствующий этим данным пример расчета теплообменника.

Греющий теплоноситель - вода;

Нагреваемый теплоноситель - вода;

Температура греющего теплоносителя на входе в теплообменник

Температура греющего теплоносителя на выходе из теплообменника

Массовый расход нагреваемого теплоносителя

Температура нагреваемого теплоносителя на входе в теплообменник

Температура нагреваемого теплоносителя на выходе из теплообменника

Требуется:

1. Разработать конструкцию рекуператора, соответствующую исходным требованиям;

2. Выполнить конструктивный расчет рекуператора с определением его основных геометрических размеров;

3. Выполнить поверочный расчет рекуператора.

2.2. Конструктивный расчет рекуператора

2.2.1. Оценка площади поверхности теплообмена и сечений для движения теплоносителей

На основе уравнения теплового баланса определяем тепловой поток, передаваемый в теплообменнике:

Правила индексации: индекс 1 - относится к параметрам греющего теплоносителя; индекс 2 - к параметрам нагреваемого теплоносителя; индекс ׳ - обозначает параметры любого из теплоносителей на входе в теплообменник; индекс ″ - параметры любого из теплоносителей на выходе из теплообменника; G - массовый расход теплоносителя, кг/с; с - его изобарная теплоемкость, Дж/(кг*К); t - температура теплоносителя, °С.

Таблица 2.1. Исходные данные к расчету рекуператора.

вар

Греющий

теплоноситель

°С

Нагреваемый

теплоноситель

°С

кг/с

Вода

Средняя температура нагреваемого теплоносителя

Среднюю теплоемкость нагреваемого теплоносителя определяем, соответственно, при его средней температуре с помощью таблиц теплофизических свойств воды (таблица 2.2.): с2 = 4,17 * 103 Дж/(кг*К). Соответственно, из тех же таблиц, средняя плотность нагреваемого теплоносителя ρ = 995 кг/м3.

И для воды и для других теплоносителей, требуемые теплофизические свойства, при необходимости могут быть найдены в [1,2,3] или другой справочной литературе.

Соответственно уравнению (1), передаваемый в теплообменнике тепловой поток

Делаем предварительный выбор типа теплообменника. На основании изучения опыта конструирования и эксплуатации рекуператоров для комбинации теплоносителей вода-вода при относительно небольших расходах теплоносителей может быть использована конструкция секционного теплообменника. Для него возможны два варианта схемы движения теплоносителей: прямоточная или противоточная. Противоточная схема, обычно, предпочтительнее прямоточной, так как позволяет получить больший средний температурный напор между теплоносителями и, тем самым, уменьшить требуемую площадь поверхности теплообмена. Выбираем противоточную схему движения теплоносителей.

Средний температурный напор в теплообменнике удобнее всего определять, имея перед глазами схематическое изображение зависимостей изменения температур теплоносителей по длине поверхности теплообмена - схему температурных напоров. Применительно к решаемой задаче, такая схема изображена на рис. 2.1. Показаны зависимости изменения температур греющего и нагреваемого теплоносителя по длине (или площади) поверхности теплообмена.

Таблица 2.2. Теплофизические свойства воды при атмосферном давлении.

t, °С

кг/м3

ср, Дж/(кг*К)

Вт/(м*К)

м2/с

Рr

Примечание по поводу пользования таблицами свойств веществ. Если, например, из таблицы 2.2 необходимо найти коэффициент теплопроводности воды при температуре 80°С, то, согласно обозначениям верхней строки, λ * 10 = 67,4 Вт/(м*К). Следовательно, коэффициент теплопроводности λ = 67,4 *10-2 Вт/(м*К).

Исходя из построенной схемы, с учетом численных значений температур теплоносителей на входе и выходе из теплообменника, получаем:

Больший температурный напор

Меньший температурный напор

Рис. 2.1. Схема температурных напоров.

Средний логарифмический температурный напор

Площадь поверхности теплообмена может быть определена из уравнения теплопередачи:

где - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К); - площадь поверхности теплообмена, м2.

На начальном этапе конструирования ни коэффициент теплопередачи в теплообменнике, ни площадь поверхности теплообмена не известны. Поэтому, основываясь на опыте конструирования и расчета теплообменников выбранного типа, величиной коэффициента теплопередачи приходится задаваться. В дальнейшем расчете, когда уже известна предполагаемая геометрия проточной части теплообменника, выполняется расчет коэффициента теплопередачи, в результате чего уточняется величина площади поверхности теплообмена.

Как правило, радиус кривизны поверхности теплообмена рекуператоров во много раз больше ее толщины. В этих условиях коэффициент теплопередачи может быть рассчитан с помощью уравнения для плоской стенки:

где , - соответственно, средние по поверхности теплообмена коэффициенты теплоотдачи от греющего и к нагреваемому теплоносителям, Вт/(м2К); - толщина теплопередающей стенки, м; - коэффициент теплопроводности материала, из которого она изготовлена, Вт/(мК).

Ориентировочные значения величины коэффициента теплопередачи [4] приведены в таблице 2.3. Следует отметить, что в графе "нагревание и охлаждение газов", меньшие значения коэффициента теплоотдачи относятся к условиям естественной конвекции, а большие - характерны для вынужденной конвекции.

Важно подчеркнуть, что не имеет принципиального значения, какой величиной коэффициента теплопередачи мы задаемся в начале расчета. Если она будет существенно (в несколько раз) отличаться от истинного значения коэффициента теплопередачи, то в процессе конструирования и расчета понадобится сделать больше приближений.

Таблица 2.3. Ориентировочные значения коэффициентов теплоотдачи.

Процесс

Коэффициент

теплоотдачи, Вт/(м2К)

Нагревание и охлаждение:

- газов

- перегретых паров

- масел

- воды

Кипение:

- органических жидкостей

- воды

Пленочная конденсация:

- Органических паров

- Водяного пара

Таким образом, если полагать, что ориентировочное значение коэффициентов теплоотдачи в условиях вынужденного движения воды в конструируемом рекуператоре может быть порядка 4000-8000 Вт/(м2К), а поверхность теплообмена, будет иметь толщину 1 мм и выполнена из латуни, можем считать ожидаемый коэффициент теплопередачи равным 2000-4000 Вт/(м2К).

Следовательно, оценочное значение площади поверхности теплообмена, соответственно уравнению (6) будет равно

Средняя температура греющего теплоносителя

Среднюю теплоемкость греющего теплоносителя определяем, соответственно, при его средней температуре с помощью таблиц теплофизических свойств воды (таблица 2.2): Дж/(кг*К). Соответственно, из той же таблицы, средняя плотность греющего теплоносителя кг/м3.

Массовый расход греющего теплоносителя определяем, исходя из уравнения (1):

кг/с.

При конструировании и расчете теплообменного аппарата возникает необходимость выбора скорости движения теплоносителей в элементах конструкции. Повышение скорости теплоносителя приводит к увеличению интенсивности теплообмена, но вызывает рост гидравлических потерь. Рекомендуемые значения скорости различных теплоносителей, полученные на основе опыта конструирования и эксплуатации теплообменных аппаратов, приведены в табл.2.4.

Определяем число трубок в трубном пучке теплообменника. Предварительно задаем скорость воды в трубках м/с.

Таблица 2.4. Рекомендуемые скорости теплоносителей.

Теплоносители

Скорость, м/с

Маловязкие жидкости (вода, бензин, керосин)

Вязкие жидкости (масла, растворы солей)

Запыленные газы при атмосферном давлении

Незапыленные газы при атмосферном давлении

Газы под давлением (до десятков МПа)

До 15-20

Насыщенный водяной пар

Перегретый водяной пар

Предполагаем изготовить трубный пучок из латунных трубок размером 16*1, т.е. наружным диаметром мм и толщиной стенки мм. Нагреваемую жидкость будем подавать в полости трубок.

Внутренний диаметр трубки

Соответственно, средний диаметр трубки равен

Тогда требуемое число трубок можно определить из уравнения неразрывности:

где - площадь проходного сечения для нагреваемого теплоносителя, м2; - средняя по сечению трубки скорость нагреваемого теплоносителя, м/с.

В свою очередь, площадь проходного сечения для нагреваемого теплоносителя складывается из проходных сечений трубок трубного пучка:

где - число трубок в пучке.

В итоге, из совместного решения уравнений (11), (12), можно оценить требуемое число трубок:

Принимаем число трубок в пучке .

Уточняем значение скорости нагреваемого теплоносителя в трубках

Так как ожидаемые значения коэффициента теплоотдачи и со стороны греющего и со стороны нагреваемого теплоносителей должны быть одного и того же порядка, расчет площади поверхности теплообмена ведем по среднему диаметру теплопередающих трубок:

где - длина трубок в пучке, м.

Откуда получаем

Сравнивая полученную длину трубного пучка с данными стандартных секционных теплообменников (табл. 1.1) делаем вывод, что полученная длина приемлема.

2.2.2. Определение геометрии поперечного сечения теплообменника

Определяем конструкцию поперечного сечения теплообменника. На рис. 2.2 приведен

- СТРУКТУРА КУРСОВОЙ РАБОТЫ Курсовая работа по дисциплине Генераторы тепла и автономное теплоснабжение зданий состоит из двух частей теоретической и практической

- Теоретическая часть курсовой работы Темы теоретической части курсовой работы выбираются в соответствии с ИНС студента по таблице 1 согласно представленного в таблице 2 перечня. Таблица

- Выбор темы теоретической части курсовой работы

- Предпоследняя цифра ИНС

- Последняя цифра ИНС

- Таблица

- Перечень тем для выполнения теоретической части курсовой работы

- Номер темы Название темы

- Автоматизация систем теплоснабжения коттеджей

- Тепловой расчет тепловых сетей

- Гидравлический расчет тепловых сетей

- Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии для нужд теплоснабжения

- Подбор отопительных приборов

- Расчет мощности системы отопления и вентиляции

- Способы присоединения отопления, вентиляции и горячего водоснабжения

- Технико-экономическое сравнение систем отопления

- Технологическое потребление пара и горячей воды

- Определение теплопотерь здания через наружные ограждения

- Разработка схемы теплоснабжения города и промышленных комплексов

- Экономическая эффективность комбинированной и раздельной схем теплоснабжения

- Тепловые схемы промышленно-отопительных котельных

- Сравнительный анализ технико-экономических показателей ТЭС

- Использование вторичных ресурсов промышленных предприятий для теплоснабжения

- Источники теплоты автономных систем теплоснабжения

- Схемы и оборудование тепловых пунктов

- Организация обслуживания теплотехнического оборудования систем теплоснабжения

- Обеспечение надежности теплоснабжения

- Автоматизация абонентских вводов закрытых и открытых систем теплоснабжения

Заключение

Выпoлнeнный анализ oснoвных вариантoв κoнструκций рeκупeративных тeплooбмeнных аппаратoв и свeдeния oб их тeхничeсκих данных пoзвoляют приoбрeсти исхoдныe знания oб этoм видe тeплoтeхничeсκoй аппаратуры и o принципах выбoра их типа и типoразмeра.

Привeдeнная мeтoдиκа κoнструκтивнoгo расчeта рeκупeратoра даeт прeдставлeниe o прeдпoсылκах и пoслeдoватeльнoсти oпрeдeлeния oснoвных гeoмeтричeсκих размeрoв рeκупeратoра, сooтвeтствующих исхoдным данным на прoeκтирoваниe.

Рассмoтрeнный мeтoд пoвeрoчнoгo расчeта тeплooбмeнниκа пoзвoляeт oпрeдeлить тeмпeратуры грeющeгo и нагрeваeмoгo тeплoнoситeлeй на выхoдe из рeκупeратoра, eсли извeстны их расхoды и начальныe тeмпeратуры, а таκжe oснoвныe гeoмeтричeсκиe размeры тeплooбмeнниκа.

Список литературы

* 1. Исачeнκo В.П. Тeплoпeрeдача / В.П. Исачeнκo, В.А. Oсипoва, А.С. Суκoмeл.—М.: Энeргoиздат, 1981.—416 с.

* 2. Κраснoщeκoв E.А. Задачниκ пo тeплoпeрeдачe.—М.:Энeргия,1980.—288 с.

* 3. Справoчниκ пo тeплooбмeнниκам, т. 2 / пeр. с англ. пoд рeд. O.Г. Мартынeнκo и др.—М.: Энeргoатoмиздат, 1987.—352 с.

* 4. Баκластoв А.М. Прoмышлeнныe тeплoмассooбмeнныe прoцeссы и устанoвκи / А.М. Баκластoв, В.А. Гoрбeнκo, O.Л. Данилoв и др.—М.: Энeргoатoмиздат, 1986.—328 с.

Как купить готовую работу?

Авторизоваться
или зарегистрироваться
в сервисе

Оплатить работу
удобным
способом

После оплаты
вы получите ссылку
на скачивание

Страниц

Размер файла

773.72 КБ

Просмотров

472

Покупок

Генераторы тепла и автономное теплоснабжение

Купить за 650 руб.