Расчётное задание по курсу

«Теплообменные аппараты»

Выполнил: студент 441 гр.

Кузнецов В.А.

Проверил: Холодковский С.В.

Санкт-Петербург 2011 год

ЗАДАЧА:

Произвести тепловой и конструктивный расчёт теплообменного аппарата в соответствии со следующими исходными данными:

Прямой и обратный потоки: Водород

G₁= 0,4 кг/с;

G₂= 0,3 кг/с;

p₁= 10 МПа;

p₂= 0,1 МПа;

Т₁= 300 К;

Т₃= 95 К;

ΔT=T₁-T₄= 8 К.

Принять q_c=3 кДж/кг.

Обозначения в соответствии с рисунком:

Тип аппарата: Витой теплообменный аппарат с трубками, оребренными проволокой.

Энтальпии в точках 1, 3, 4, определяем по таблице 6.5 стр.160 [1]

1. Составим тепловой баланс:

2. Найдём энтальпию точки 2:

3. Определим температуру точки 2:

4. Определим среднюю интегральную разность температур.

Делим теплообменный аппарат на 10 равных участков. N=10.

T_hi определяем по формуле:

Полученные данные сводим в таблицу 1.

Находим среднюю интегральную разность температур

Таблица 1.

5. Определим тепловой поток:

6. Теплофизические параметры водорода в прямом и обратном потоках определяем при средних температурах.[1] (индекс 1 - прямой поток, индекс 2 - обратный поток):

7. Принимаем величины, необходимые для расчёта аппарата:

Геометрические характеристики трубок с проволочным оребрением [2]

d_н d_в d_п t_p t_1cp t_2cp d_э f_уд ϕ St (м²/м³)

10 7 1,6 5,5 10,7 12,2 2,42 0,3 2,96 495

Принимаем массовые скорости потоков:

W_m1=90кг/м²с W_m2=2кг/м²с

8. Площадь проходного сечения трубки:

9. Число трубок:

10. Линейные скорости:

11. Средняя площадь сечения свободного объёма в межтрубном пространстве:

12. Площадь поперечного (фронтального) межтрубного пространства для данного типа навивки согласно таблице 4.2 стр.304 [2] при f_уд=F_c.o/F_ф

13. Диаметр сердечника принимаем в соответствии с таблицей 3.29

стр. 168 [4]

Наружный диаметр навивки:

14. Определяем коэффициенты теплоотдачи

Для прямого потока:

По формуле (4.52) [2] с учётом кривизны змеевика

Для обратного потока:

Фактор теплоотдачи:

Коэффициент теплопередачи определяем без учёта термического сопротивления стенки, КПД ребра принимаем η_р=1 (вследствие его малой длины).

Для внутренней поверхности трубки:

15. Определим площадь поверхности теплообмена и конструктивные размеры аппарата.

Площадь:

Средняя длина трубок с 20%-ным запасом:

Расчётное число слоёв навивки z_р определяем при средних значениях шагов:

Принимаем действительное число слоёв z_р = . При этом скорость w₂ уменьшается, что необходимо учесть при окончательном уточнённом расчёте:

Уточнённый наружный диаметр навивки:

Средний диаметр навивки:

Теоретическая высота навивки:

Среднее число витков в каждом слое:

Определяем действительное число трубок в каждом слое и окончательную конструктивную компоновку. Необходимо обеспечить примерно одинаковую длину трубок по слоям. Для этого следует увеличить число трубок в слое с увеличением диаметра последнего:

Полученные данные сводим в таблицу 2.

Таблица 2.

16. Определяем потери давления.

Для потока в трубках по рис. 4.19 стр.309 [2] при и числе

Re= находим f₁= и по формуле (4.43) стр.293 [2]

( )

определяем:

Для потока в межтрубном пространстве по формуле (4.74) стр.312 [2] находим фактор трения:

Тогда согласно (4.45) стр.293 [2] потери давления:

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. «Теплофизические свойства криопродуктов: Учебное пособие для вузов» /Л.А. Акулов , Е.И. Борзенко, В.Н. Новотельнов, А.В. Зайцев.- СПб.:Политехника, 2001.

2. «Криогенные системы: Учебник для студентов вузов по специальностям «Техника и физика низких температур» и «Холодильная, криогенная техника и кондиционирование»: В 2т. Т.2. Основы проектирования аппаратов, установок и систем». / А.М. Архаров, И.А. Архаров, В.П. Беляков и др.; Под общ. ред. А.М. Архарова и А.И. Смородина. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1999.

3. «Расчет криогенных установок»./Будневич Л.: Машиностроение, 1979г.

4. «Основы конструирования и расчёта химической аппаратуры. Справочник»./А.А. Лащинский, А.Р. Толчинский.

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 224; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!