Расчет горизонтального кожухотрубного теплообменного аппарата

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика М. Ф. Решетнёва Кафедра ХКТиК Курсовой проект по дисциплине Теплообменные аппараты Расчет горизонтального кожухотрубного теплообменного аппарата Выполнил: студент гр. Х-61

Нефёдов А.Л.

Принял: доцент каф. ХКТ Измайлова Н.Г.

Красноярск 2010

Расчет горизонтального кожухотрубного теплообменного аппарата

Задано:

Провести конструктивный и тепловой расчет горизонтального кожухотрубного теплообменного аппарата, в котором насыщенным паром с давлением рн греется проходящая по трубам вода от температуры до температуры, проходящая по трубам. Объемный расход воды составляет величину — V2.

Расчет

1.1 Трубки теплообменного аппарата выполнены из латуни, для которой коэффициент теплопроводности:

Вт/м· К.

Внешний диаметр трубы dн = 16 мм и внутренний диаметр dвн = 14 мм.

Скорость движения воды по трубам w2 = 1 м/с.

труба температура вода теплообменный аппарат

1.2 Определяем среднюю температуру воды и её свойства при этой температуре:

= 0,5(t'2 + t''2) = 0,5(10 + 70) = 40 °C

кг/м3

кДж/кг· К и

кДж/кг· К

Свойства конденсата будем брать при температуре насыщения, соответствующей рн = 0,8 МПа.

1.3 Из уравнения теплового баланса:

Q2 =6?10 -3? 992,2?(4,187?70 — 4,191?10)?103 ? 1495,33?103 Вт.

1.4 Определяем среднелогарифмический температурный напор:

где

;

;

.

1.5 Определяем площадь проходного сечения трубок для воды:

м2.

1.6. Найдем площадь внутреннего сечения одной трубы:

м2.

1.7.Определяем необходимое число параллельно включённых трубок:

.

Принимаем n = 40.

Определение коэффициента теплопередачи

2.1. В первом приближении примем температуру стенки трубы равной средней температуре между теплоносителями:

.

2.2.Находим значения теплофизических характеристик конденсата при температуре конденсации tконд. =170°С:

r = 2049,5 кДж/кг· К; с = 897,3 кг/м3; л = 0,679 Вт/м· К; м =162,4113· 10−6 Па· с, и при температуре стенки :

лст = 0,684 Вт/м· К и мст = 271,1348· 10−6Па·с.

2.3.Определим коэффициент теплоотдачи от горячего пара к стенке трубы с холодной водой по теоретической формуле Нуссельта для ламинарного течения плёнки при конденсации неподвижного насыщенного пара

б1 = 0,728· где

.

Вт/м2· К.

2.4. Определяем режим течения воды в трубах, для этого находим критерий Рейнольдса:

.

При= 40?C из справочника находим:

лж = 0,635 Вт/м· К; нж = 0,659· 10−6 м2/с; и Рrж = 4,31.

При t = 105?С находим Рrст=1,68. Тогда:

.

Так как Reкр = 104, то Re > Reкр, отсюда следует, что режим движения турбулентный.

2.5. Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к холодной воде, движущийся по ней.

Воспользуемся формулой Михеева:

Предположим, что тогда еl = 1, найдем Nuж:

Откуда находим коэффициент теплоотдачи:

б2 = Nuж· лж/dвн = (144,232· 0,635)/0,014=6542 Вт/м2 · К.

2.6. Определяем коэффициент теплопередачи:

Так как, то используем уравнение теплопередачи через плоскую стену, причем поверхность трубы будем считать по среднему диаметру:

.

k Вт/м2· К.

3. Зная k, Q и ?tср находим поверхность теплообмена F:

м2.

4.1. Уточним температуру стенки трубы со стороны пара:

.

4.2. Температура стенки трубы со стороны воды:

.

5. Повторяем расчет при уточненных значениях и (начиная с пункта 2.2)

Результаты повторного расчета:

Определяем расхождение:

% = 4,6%.

Поскольку расхождения не превышают 10%, то дальнейшие уточнение можно не делать.

6.1. Задаемся коэффициентом использования поверхности теплообмена зF = 0,8, тогда площадь теплообмена реального теплообменного аппарата будет:

м2.

6.2. Определяем длину трубы l:

м.

6.3. При l = 2,30 имеем, что:

Таким образом, предположение сделанное в пункте 2.5. расчета о том, что еl = 1 является верным.

6.4. Согласно ГОСТ 25 449–82 принимаем длину трубы теплообменного аппарата l = 3 м (3000 мм), а поверхность теплообмена стандартного теплообменного аппарата F = 5 м2.

По ГОСТ 9929–79 (Основные параметры и размеры кожухотрубных теплообменных аппаратов, справочник «Промышленная теплоэнергетика и теплотехника», стр. 110) принимаем:

а) диаметр кожуха, мм:

наружный (изготавливается из труб)

D = 273 мм;

б) схема размещения теплообменных труб в трубных решетках: по вершинам равносторонних треугольниках;

в) шаг размещения теплообменных труб в трубных решетках:

S = 24 мм.