Расчетно-графическая работа по курсу Тепломассообмен

тит.doc

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра теплогазоснабжения и вентиляции
Расчетно-графическая работа по курсу

эскиз_ТМО.dwg

Термодинамические циклы энергетических установок
ДМ 22-02.00.00.00 ПЗ
Термодинамическиq цикл воздушной холодильной установки с многоступенчатым компрессором
Термодинамическиq цикл ДВС
Расчет теплообменника типа "труба в трубе
Эскиз теплообменного аппарата "труба в трубе
Количество секций трубы: n=3
Количество секций трубы: n=4

ТМО.doc

Расчет теплообменного аппарата типа «труба в трубе»
Задание: Определить поверхность нагрева и число секций теплообменника типа «труба в трубе». Нагреваемая жидкость (вода) движется по внутренней стальной трубе (lc = 50 Втм·°С) диаметром d2d1 и имеет температуры: на входе – t’ж2 на выходе – t’’ж2. Расход нагреваемой жидкости – М2. Тепло к нагреваемой жидкости передается от конденсирующегося в кольцевом канале между трубами водяного пара. Температура конденсации – tн. Расположение теплообменника – горизонтальное длина одной секции – l.
Дано: d2d1 = 3225 мм; М2 = 3100 кгч; t’ж2 = 12 °С; t’’ж2 = 82 °С; tн = 165 °С
1Определение количества передаваемого тепла и расхода пара.
Уравнение теплового баланса имеет вид:
гдеQ – количество передаваемого тепла Вт;
М1 и М2 – расходы греющего и нагреваемого теплоносителей соответственно кгс;
Δh1 и Δh2 – изменение энтальпии соответствующих теплоносителей Джкг.
При отсутствии изменения агрегатного изменение энтальпии нагреваемого теплоносителя определяется:
гдеСр2 – средняя удельная теплоемкость жидкого теплоносителя в интервале температур от t’ж2 до t’’ж2 Джкг·°С;
t’ж2 и t’’ж2 – начальная и конечная температура теплоносителя °С.
С учетом (1.2) уравнение (1.1) примет вид:
Тогда расход греющего пара можно определить как:
гдеh’’ и h’ – энтальпия греющего пара и конденсата Джкг.
Определим недостающие величины:
Средняя температура теплоносителя составляет
= (t’ж2 + t’’ж2)2 = (12 +82)2 = 47 С
Тогда по таблице 12[1] находим Ср2:
По таблице 11 [1] определим энтальпии греющего пара и конденсата:
Таким образом расход греющего пара составит:
Соответственно количество передаваемого тепла:
Переведем из кДжч в кВт:
2Определение поверхности теплообмена
Необходимая для теплового процесса поверхность теплообмена определяется из уравнения:
гдеk – коэффициент теплопередачи Втм2·°С;
Δtср – средний температурный напор °С;
F – поверхность теплообмена м.
Таким образом искомую поверхность теплообмена можно определить как:
Характер зависимости для расчета Δtср определяется направлениями возможного движения теплоносителей. Для рассматриваемого случая:
гдеΔts = tн - t’ж2 = 165 - 12 = 153 С
Δtм = tн – t’’ж2 = 165 - 82 = 83 С
Таким образом средний температурный напор составит:
Так как d2d1 = 3225 = 128 15 то при расчете теплообменных аппаратов с тонкостенными трубами воспользуемся формулой для коэффициента теплопередачи через плоскую стенку.
гдеα1 и α2 – коэффициент теплопередачи на внутренней и внешней стороне стенки Втм2·°С;
dс = (d2 – d1)2 = (32-25)2 = 35 мм = 00035 м;
lс – коэффициент теплопроводности материала трубы Втм·°С.
Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке α1 определим по формуле:
гдеReн – приведенный критерий Рейнольдса;
В – комплекс значения которого приведены в таблице на стр. 26 [1].
r – внутренний радиус м
r = d12 = 252 = 125 мм = 00125 м;
Δtн – величина определяемая как Δtн = tн – tс1
tс1 – температура стенки со стороны пара (в первом приближении)
Величина приведенного критерия Рейнольдса зависит от приведенной длины поверхности zн которая определяется по формуле:
гдеH – величина равная H=
A – комплекс значения которого приведены на стр. 26 [1]. При tн = 165 °С интерполируя находим комплекс А = 129 1 м·°С.
При zн 3900 критерий Reн определяется как:
гдеPrн и Prс – критерии Прандтля приведенные в таблице 12 [1].
Таким образом коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке α1 равен:
Коэффициент теплоотдачи от стенки к движущейся жидкости α2 рассчитывается по формуле:
гдеNuж2 – число Нуссельта определяется в зависимости от Reж2;
lж2 – коэффициент теплопроводности жидкости теплоносителя Втм2·°С.
В критериальных зависимостях Reж2 и Prж2 определяются при температуре tж2:
А Prс2 определяются соответственно при температуре tс2:
гдеΔtс – перепад температур в стенке находится по формуле:
гдеdс – толщина стенки dс = 00035 м;
lс – коэффициент теплопроводности материала трубы Втм2·°С.
qn = α1·(tн-tс1) = 796763 · (165 - 10778) = 4559078 Втм2
Исходя из этого определим tс2:
По таблице 12 [1] определим значения Prж2 и Prс2 а также значение lж2:
lж2 = 6484·10-2 Втм·К
Критерий Рейнольдса Reж2 определяется как:
гдеw – скорость потока мс;
– кинематическая вязкость среды м2с;
d – определяющий размер (внутренний диаметр) м.
Средняя по сечению скорость потока определяется по массовому расходу и плотности. Определяющей является средняя температурам С. По таблице 12 [1] определим значения:
v = 0587 · 10-6 м2с;
Скорость потока определяем по формуле:
гдеF – площадь поперечного сечения
F = pd224 = 314·003224 = 00008 м2;
Критерий Рейнольдса Reж2:
Для диапазона 104 Reж2 105 при определении Nuж2 можно воспользоваться формулой Михеева [4]:
гдеl – поправочный коэффициент (при ld ³ 50 i = 1).
Таким образом коэффициент α2 составит:
По найденным величинам α1 и α2 рассчитывается коэффициент теплопередачи k:
Проверим принятое значение tс1. Принятая и рассчитанная по соотношению величины tс1 не должны отличаться более чем ± 5%.
Ошибка составляет: 149%
Во втором приближении температура стенки со стороны пара tс1 = 146°С.
Температурный напор Δtн = 165 - 146 = 19°С
Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке равен:
qn = α1·(tн-tс1) = 239951·(165-146) = 4559069 Втм2
Перепад температур в стенке::
tc2 = = 146 - 3191 =1141°С
По таблице 12 [1] определим значения Prс2:
Коэффициент теплоотдачи от стенки к движущейся жидкости α2 составит:
Ошибка составляет: 102% 5%
Таким образом искомая поверхность теплообмена составит:
Рассчитав поверхность теплообмена определим число секций по формуле:
гдеF1 – поверхность теплообмена одной секции которую можно рассчитать как:
Следовательно необходимое количество секций составит
Эскизный чертеж теплообменника см. Приложение 1.
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. Дина ванны – l ширина – b. Температура воды в глубине – tж. Ванна находится в зоне действия воздушного потока имеющего скорость w. Параметры воздуха - – tс барометрическое давление – рБ.
Дано: tж = 42°С; tc = 19°С; j = 56%; рБ = 998·103 Па; w = 07 мс; b = 13 м.
1Определение количества пара поступающего в воздух
Количество пара (испарившейся жидкости) определяется по формуле:
где – коэффициент массоотдачи мс;
cn и cо – концентрация водяного пара соответственно над поверхностью жидкости и в окружающей среде кгм3;
F – площадь поверхности испарения м2.
Коэффициент массоотдачи определяется по формуле:
гдеNuD – вычисляется по критериальным уравнениям в зависимости от
D – коэффициент диффузии м2с;
l – определяющий размер (длина поверхности испарения) м.
Тс и Тм – абсолютные температуры окружающей среды по сухому и мокрому термометру °С;
Тn – абсолютная температура поверхности жидкости °С.
По i-d диаграмме влажного воздуха для заданных условий tc = 19°С (Тс = 273+19 = 292К) и j = 56% определим температуру окружающей среды по влажному термометру tм = 10°С (Тм = 273+10 = 283 К).
Температура поверхности жидкости принимаемая на 2°С ниже tж.
tп = tж - 2 = 42 - 2 = 40°С
Тп = 273 + 40 = 313°С
В качестве определяющей для расчетов PrD и D берется средняя температура рассчитываемая как:
По таблице 12 [1] определим:
Критерий Рейнольдса Re определяется как:
l – определяющий размер м.
По числу Re согласно таблице на стр. 27 [1] находим: В = 00248; n = 09
Значение коэффициента диффузии D воды определяем по таблице 16 [1].
Т = 298 К; D = 260·10-6 м2с
Для пересчета табличного значения на нужную температуру Т можно воспользоваться формулой:
Таким образом коэффициент массоотдачи составит:
Концентрация водяного пара в воздухе c определяется по уравнению состояния:
гдер – парциальное давление пара при температуре паровоздушной смеси Па;
Rm – универсальная газовая постоянная Rm = 8314 Джкмоль·К;
m – молекулярная масса пара m = 18 кгкмоль.
По таблице 11 [1] определим парциальное давление пара:
р = 0002226 МПа = 2226 Па
р = 0008367 МПа = 8367 Па
Концентрация водяного пара над поверхностью жидкости cn составит
Концентрация водяного пара в окружающей среде cо:
Площадь поверхности испарения F соответствует площади поверхности ванны с водой:
F = l·b = 11·13 = 143 м2
Таким образом количество пара поступающее в воздух помещения с открытой поверхности ванны с водой составляет:
Плотность влажного воздуха можно определить по формуле:
гдеρс.в. – плотность сухого воздуха при температуре 0°С и давлении 101325 Па
Парциальное давление при температуре 295°С по таблице 11 [1] составляет
Р = 0004146 МПа = 4146 Па.
2Определение количества тепла переносимого в воздух
Общее количество тепла отдаваемого поверхность жидкости при испарении составляет:
гдеQc – количество тепла переносимого в воздух вместе с паром Вт;
Qк – количество тепла переносимого в воздух помещения конвективным путем Вт;
Qл – количество тепла отдаваемого поверхностью воды излучением Вт;
Количество тепла переносимого в воздух вместе с паром определяется по формуле:
гдеJ – количество пара (испарившейся жидкости) кгс;
r – скрытая теплота парообразования r = 2400 кДжкг.
Количество тепла переносимого в воздух помещения конвективным путем определяется по формуле:
гдеα – коэффициент конвективной теплоотдачи Втм2·К;
Коэффициент конвективной теплоотдачи определяется по формуле:
гдеNu – определяется в зависимости от Re по формуле:
По числу Re согласно таблице на стр. 27[1] находим: А = 0027.
По таблице 13 [1] определим значение l при tcp = 295:
Тогда коэффициент конвективной теплоотдачи составит:
Количество тепла переносимого в воздух помещения конвективным путем:
Количество тепла отдаваемого поверхностью воды излучением определяется по формуле:
гдеn – приведенная степень черноты системы – в условиях помещения можно принять
Со – коэффициент излучения абсолютно черного тела Со = 567 Втм2·К4.
Таким образом общее количество тепла поступающее в воздух помещения с открытой поверхности ванны с водой составляет:
Список использованной литературы.
Справочные таблицы по тепломассообмену для самостоятельных занятий студентов специальности 290109 Сост. Валиуллин М.А. Замалеев З.Х. Зиганшин А.М. Казань: КГАСУ 2010 г.
Тепломассообмен: методические указания к расчетно-графическим работам для студентов 3 курса специальности 290700КГАСУ сост. Нарбеков А.И. Казань 2002 г.
Авчухов В.В. Паюсте Б.Я. Задачник по процессам тепломассообмена. Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат 1986 г.
Цветков Ф.Ф. Григорьев Б.А. Тепломассообмен. Учебное пособие для вузов. М.: Издательство МЭИ 2005 г.
Теплотехника: Учебник для вузов. Под ред. Баскакова А.П. М.: Энергоатомиздат 1991г.