Конструирование и расчеты водо-водяного теплообменного аппарата типа «труба в трубе»

Вычислим расходы первичного и вторичного теплоносителей:

Скорость расхода теплоносителя определяется по формулеоткуда для скоростидвижения первичного теплоносителя находим:

Скорость движения вторичного теплоносителя будет:

Определим число Рейнольдса для первичного теплоносителя.

Течение турбулентный, поэтому расчет числа Нуссельта ведем по формуле:

При Находим коэффициент теплоотдачи от первичного теплоносителя к стенке трубы.

Выполним аналогичные расчеты для вторичного теплоносителя.(коэффициент 0,017 — для турбулентного течения в канале с кольцевым сечением). Как правило, радиус кривизны поверхности теплообмена рекуператоров во много раз больше ее толщины (или же). В этих условиях коэффициент теплопередачи может быть рассчитан с помощью уравнения для плоской стенки:(коэффициент теплопроводности материала, из которого изготовлен трубопровод теплообменника; выбирается из таблиц).Находим средний температурный напор. Для этого определим величины большой и меньший температурных напоров:

Больший температурный напор

Меньший температурный напор

Построим схему температурных напоров (рис. 1). Это график изменения температуры первичного и вторичного теплоносителей по протяженности труб теплообменника. Вычислим среднелогарифмический температурный напор по формуле.

Плотность теплового потока определяется по формуле:

Площадь поверхности теплообмена определим из уравнения теплопередачи:

откуда.

Вычислим количество необходимых секций. Т.к. количество секций должно быть натуральным числом, то при подсчете по следующей формуле нужно будет брать целую часть полученного результата, округлив его до большого целого числа:

Уточняем температуры поверхностей стенок трубы первичного и вторичного трубопроводов:

Выпишем из табл. Числа Приндтля для этих температур

Поправки на изменение физических свойств жидкости по сечению потока равны:

В расчетах брали Разница В расчетах брали Разница Пересчет не требуется. Вычислим диаметр патрубков для вторичного теплоносителя:

Выбираем ближайший размер из стандарта ГОСТ для труб.

3.3. Гидродинамический расчет.

Определим полноегидравлическое сопротивление для первичного теплоносителя как сумму сопротивления трения и местных сопротивлений. Полная длина трубки одного хода первичного теплоносителягде — предварительная толщина трубной доски, подлежащая уточнению при расчете на прочность. Сопротивление трения при движении теплоносителя в каналах определяется по формуле:

где: полная длина, гидравлический диаметр канала; - коэффициент сопротивления трения. Определяем:

Потери давления на трение при движении воды по трубкам всех секций.

Находим потери давления в местных сопротивлениях по формуле.

Величина коэффициент местного сопротивления, зависит от вида местного сопротивления. У нас местное сопротивление выявляется в местах входа и выхода теплоносителя в трубное пространство и на поворотах. Поэтому коэффициент местного сопротивления состоит из следующих слагаемых:

Коэффициент сопротивления на входной камере (удар и поворот вправо: см. схему рис.

3). Один вход:

Поворот на 180° в V-образных трубах, 9 поворотов:

Выход из трубного пространства, одно место:

Таким образом, для суммарного коэффициента местного сопротивления получим:

Потери давления в местных сопротивлениях будет:

Общее сопротивление первичного теплоносителя равно:

Рассчитаем мощность, необходимую для перемещения первичного теплоносителя:

Где КПД насоса, с помощью которого прокачивается теплоноситель. Значение обычно лежит в пределах 0,5…0,6. Берем Аналогичные расчеты выполним для вторичного теплоносителя. Сопротивление трения:

Коэффициент сопротивления трения.

Потери давления на трение при движении воды по межтрубному пространству всех секций:

Потери давления в местных сопротивлениях:

Величина коэффициента местного сопротивления.

Общее сопротивление вторичного теплоносителя.

Мощность, необходимая для перемещения вторичного теплоносителя.

Заключение

Выполненный анализ и расчетодного из основных вариантов конструкций рекуперативных теплообменных аппаратов (теплообменник «труба в трубе») и сведения об их технических данных позволили приобрести исходные знания об этом виде теплотехнической аппаратуры. В процессе выполнения курсовой работы удалось узнать также о принципах выбора их вида и типоразмера, выбора вспомогательных технических средств (в частности насосов для прогонки теплоносителя по необходимой мощности) дляобеспечения их стабильной работы. Расчет состоит из конструктивного и поверочного расчета. Методика выполненного конструктивного расчета рекуператора дает представление о предпосылках и последовательности определения основных геометрических размеров рекуператора, соответствующих исходным данным на проектирование. Метод поверочного расчета теплообменника позволяет определить не только требуемые в данной работе параметры. При необходимости можно рассчитать температуры греющего и нагреваемого теплоносителей на выходе из рекуператора, если известны их расходы и начальные температуры, а также основные геометрические размеры теплообменника.

Список литературы

Исаченко В. П. и др. Теплопередача. Учебник для вузов, Изд. 3-е, перераб. и доп. М. 1975.

Кушнырев В. И. и др. Техническая термодинамика и теплопередача. М. 1986.

Основы конструирования и расчётатеплообменных аппаратов. Методические указанияк курсовой работе по дисциплине «Тепломассообмен».Нижний Новгород, 2009.

Шорин С. Н. Теплопередача. М. — Л. 1952.