Расчет кожухотрубчатого подогревателя

Подогреватель водоводяной.cdw

Титульный лист.doc

Министерство науки и образования
Российской Федерации
Саратовский Государственный
Технический Университет
Кафедра: Теплоэнергетика
РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА
«Расчет кожухотрубчатого подогревателя»

Расчетно-графическая работа.doc

При заданном расходе и параметрах греющего и нагреваемого теплоносителей рассчитать кожухотрубчатый водоводяной теплообменник.
По трубам движется вода в межтрубном пространстве движется конденсат. Среднее давление воды и конденсата в теплообменнике принять равным 0.5 МПа.
Произвести тепловой гидравлический технико-экономический расчеты теплообменника.
По основным вычисленным размерам вычертить чертеж теплообменника в масштабе.
Значения температур теплоносителей схема их движения и характеристика трубного пучка приведены в таблице 1.
Исходные данные для расчета
Схема движения теплоносителя
Трубки расположены по вершинам равностороннего треугольника. Трубки стальные.
Работа содержит: 21 страницу 1 таблицу 1 рисунок 1 чертеж.
ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ ВОДА КОНДЕНСАТ ТЕПЛОВАЯ МОЩНОСТЬ МАССОВЫЙ РАСХОД ЧИСЛО РЕЙНОЛЬДСА РЕЖИМ ДВИЖЕНИЯ ЧИСЛО НУССЕЛЬТА КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ СРЕДНИЙ ТЕМПЕРАТУРНЫЙ НАПОР ПОВЕРХНОСТЬ ТЕПЛООБМЕНА ЧИСЛО СЕКЦИЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТРЕНИЯ МЕСТНОЕ СОПРОТИВЛЕИЕ МОЩНОСТЬ НАСОСА ДОХОДЫ ОТ ВНЕДРЕНИЯ ЗАТРАТЫ ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ
Объект разработки: кожухотрубчатый водоводяной теплообменный аппарат.
Цель: произвести тепловой гидравлический технико-экономический расчеты теплообменного аппарата.
Гидравлический расчет 14
Расчет мощности насосов 16
Технико-экономический расчет 17
Список использованных источников 21
Чертеж теплообменного аппарата (Формат А3).
Теплообменными аппаратами называют технические устройства в которых осуществляется передача теплоты от горячего теплоносителя холодному (нагреваемому). Теплоносителями могут быть пары газы жидкости. В зависимости от назначения теплообменные аппараты используют как нагреватели или как охладители.
Теплообменники широко применяют в различных промышленных технологических процессах в отопительных системах в двигателях внутреннего и внешнего сгорания и их системах в качестве охладителя надувочного воздуха в поршневых двигателях с наддувом а также в других целях.
По принципу действия теплообменные аппараты могут быть разделены на поверхностные в которых тепловой перенос осуществляется с использованием разделяющих поверхностей и твердых тел и смесительные процессы нагревания и охлаждения в которых происходят при непосредственном контакте теплоносителей.
Поверхностные теплообменники в свою очередь делятся на рекуперативные и регенеративные.
В рекуперативных теплообменниках горячий и холодный теплоносители перемещаются одновременно а теплота непрерывно передается через разделяющую их стенку.
В данной работе производится расчет рекуперативного теплообменного аппарата.
1. Средняя температура теплоносителей.
2. Теплофизические параметры теплоносителей .
Наименование величины
Коэффициент теплопроводности
Коэффициент кинематической вязкости
3. Тепловая мощность теплообменника.
где и - массовый расход воды и конденсата;
и - изобарная теплоемкость воды и конденсата;
и - температура воды на входе и выходе из теплообменника;
и - температура конденсата на входе и выходе из теплообменника;
- термический КПД теплообменника принимаемый равным 0.99.
4. Массовый расход конденсата.
5. Число трубок одного хода теплоносителя.
где - скорость движения воды равная ;
- внутренний диаметр трубок.
где - наружный диаметр трубок;
6. Внутренний диаметр корпуса теплообменника.
где - шаг между трубками.
Полученное расчетное значение округляем до ближайшей стандартной величины:
7. Уточняем число труб одного хода после принятия стандартной величины внешнего диаметра кожухотрубчатого аппарата.
Полученное значение округлим до ближайшей целой величины: .
8. Уточняем площадь проходного сечения одного хода воды.
9. Уточняем скорость воды в одном ходе.
10. Определяем площадь проходного сечения одного хода конденсата.
11. Определяем скорость конденсата в одном ходе.
где - плотность конденсата.
12. Коэффициент теплоотдачи со стороны воды.
12.1. Число Рейнольдса воды.
где - коэффициент кинематической вязкости воды.
По величине числа Рейнольдса устанавливаем режим движения воды. Так как то режим движения турбулентный.
12.2. Число Нуссельта воды.
По установленному режиму движения воды выбираем расчетное уравнение подобия и выполняем расчет числа Нуссельта. Так как режим движения воды турбулентный то число Нуссельта определяется формулой:
где - число Прандтля воды;
- выбирается по средней температуре поверхности стенки.
Средняя температура поверхности стенки:
12.3. Коэффициент теплоотдачи воды.
где - коэффициент теплопроводности воды.
13. Коэффициент теплоотдачи конденсата.
13.1. Число Рейнольдса конденсата.
где - эквивалентный диаметр;
- коэффициент кинематической вязкости конденсата.
По величине числа Рейнольдса устанавливаем режим движения конденсата. Так как то режим движения турбулентный.
13.2. Число Нуссельта конденсата.
По установленному режиму движения конденсата выбираем расчетное уравнение подобия и выполняем расчет числа Нуссельта. Так как режим движения конденсата турбулентный то число Нуссельта определяется формулой:
где - число Прандтля конденсата;
13.3. Коэффициент теплоотдачи конденсата.
где - коэффициент теплопроводности конденсата.
14. Коэффициент теплопередачи теплообменного аппарата.
где - термическое сопротивление со стороны горячего теплоносителя равное 0;
- термическое сопротивление со стороны холодного теплоносителя равное 0.00023 (Вода оборотная);
- коэффициент теплопроводности материала стенки трубы для стали равен 40.
15. Средний температурный напор в теплообменном аппарате.
Средний температурный напор в теплообменнике определяем с учетом схемы движения теплоносителей. Рассчитаем средний температурный напор для прямотока.
Рис. 1. Изменение температуры теплоносителей при прямотоке.
- разность между температурами теплоносителей на входе в теплообменник
- разность между температурами теплоносителей на выходе из теплообменника
Так как отношение больше 1.7 то средний температурный напор рассчитывается по формуле:
16. Поверхность теплообмена.
17. Протяженность труб в теплообменнике.
18. Число секций в теплообменнике.
Отсюда следует что число секций равно 4.
Гидравлический расчет
1. Гидравлическое сопротивление со стороны воды.
1.1. Сопротивление трения.
где - коэффициент сопротивления трения воды.
12. Местные сопротивления.
где - коэффициент местного сопротивления воды.
где - входная камера (удар или поворот) равен 1.5;
- выходная камера (удар или поворот) равен 1.5;
- переход из одной секции в другую (межтрубный поток) равен 2.5.
1.3. Суммарное гидравлическое сопротивление со стороны воды.
2. Гидравлическое сопротивление со стороны конденсата.
2.1. Сопротивление трения.
где - полная длина трубки равная ;
- коэффициент сопротивления трения конденсата.
2.2. Местные сопротивления.
где - коэффициент местного сопротивления конденсата.
2.3. Суммарное гидравлическое сопротивление со стороны конденсата.
Расчет мощности насосов
1. Мощность насоса для прокачки воды.
где - КПД центробежного насоса для прокачки воды равный 0.8.
2. Мощность насоса для прокачки конденсата.
где - КПД центробежного насоса для прокачки конденсата равный 0.8.
Технико-экономический расчет
1. Доходы от внедрения теплообменника.
где - доход от внедрения на расчетном шаге;
- коэффициент дисконтирования;
- принятый интервал времени (горизонт расчета) равный 24 месяца;
- номер расчетного шага по истечении которого теплообменник пускается в эксплуатацию равный 3 месяца.
где - тепловая мощность теплообменника;
- длительность эксплуатации теплообменника на расчетном шаге t;
- стоимость 1 Гкал тепловой энергии равная 700.
где - норма дохода на капитал равная 0.2;
- порядковый номер расчетного шага.
2. Необходимые затраты.
где - производственные затраты за период одного расчетного шага t;
- эксплуатационные затраты на собственные нужды за период одного расчетного шага t;
где - коэффициент учитывающий увеличение производственных затрат за счет трубных решеток межтрубных перегородок корпуса теплообменника камер соединительных фланцев и патрубков равный 0.4;
- коэффициент монтажных затрат принимается 0.8;
- стоимость 1 поверхности теплообмена;
- сама мощностей конденсатного и водяного насосов;
- стоимость 1 кВт установленной мощности насосов равная 15000.
где - стоимость 1 тонны поверхности теплообмена равная 100000;
- масса 1 поверхности теплообмена;
- удельный вес 1 поверхности теплообмена (для стали 7.8)
где - стоимость 1 кВт·ч электроэнергии необходимой для работы насосов равная 1.8;
- стоимость 1 Гкал конденсата равная 300;
- стоимость 1 тонны воды равная 12;
- коэффициент амортизационных отчислений равный 0.15.
3. Интегральный эффект.
В результате выполненных расчетов получили следующие данные:
Тепловая мощность теплообменника ;
Массовый расход конденсата ;
Внутренний диаметр корпуса теплообменника ;
Число трубок в теплообменнике ;
Площадь проходного сечения воды ;
Площадь проходного сечения конденсата ;
Скорость конденсата ;
Коэффициент теплопередачи теплообменного аппарата ;
Средний температурный напор в теплообменнике ;
Поверхность теплообмена ;
Протяженность труб в теплообменнике ;
Число секций в теплообменнике ;
Гидравлические сопротивления со стороны воды ;
Гидравлические сопротивления со стороны конденсата ;
Мощность насоса для прокачки воды ;
Мощность насоса для прокачки конденсата ;
Доходы от внедрения теплообменника ;
Необходимые затраты ;
Интегральный эффект .
Список использованных источников
Антропов Г.В. Медведев В.А. Баженов А.И. Методические указания к выполнению расчетно-графической и курсовой работ по курсу «Тепломассообмен» - Саратов. СГТУ. 2006.
Теплопередача: Учебник для вузов В.П. Исаченко В.А. Осипова А.С. Сукомел. - 4-е изд. перераб. и доп.- М.: Стройиздат 1981.
Краснощеков Е.А. Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче: Учеб. Пособие для вузов. – 4-е изд. перераб. – М.: Энергия 1980.