Расчетно-графическая работа Тепломассообменное оборудование

ТМО РГЗ.docx

Конструктивный расчет кожухотрубчатого водоводяного аппарата .3
Список используемой литературы ..18
Произведем расчет конструктивный и тепловой (поверочный)
расчет кожухотрубчатого водоводяного аппарата
при следующих условиях:
теплопроизводительность аппарата 1800 кВт;
материал трубки латунь; корпус – сталь;
температура греющего теплоносителя на входе 180 С на выходе – 100 С температура нагревающего теплоносителя 5 С на входе на выходе – 70 С;
теплоносители движутся по противотоку.
Задача №1 (1). Стенка топочной камеры имеет размеры F =. Стенка состоит из шамотного кирпича () и одного красного кирпича (); в промежутке между ними имеется изоляционная совелитовая прокладка толщиной . Температура внутренней поверхности стенки ; температура наружной поверхности по условиям техники безопасности не должна превышать .
Определить тепловой поток через стенку за 10 часов работы и экономию в процентах от применения изоляционной прослойки по сравнению со стенкой той же толщины но выполненной из шамотного кирпича. Найти температуры на обеих поверхностях изоляционной прослойки; результаты представить графически. Коэффициент теплопроводности: шамота совелита красного кирпича
Определяем плотность теплового потока (через три слоя):
Далее определяем тепловой поток (через три слоя):
Тепловой поток (через три слоя за 10 часов):
Определяем плотность теплового потока (без изоляционная совелитовая прокладка):
Тепловой поток (через три слоя):
Определяем плотность теплового потока (через стенку той же толщины но выполненной из шамотного кирпича):
Определим экономию в %-х от применения изоляционной прослойки по сравнению со стенкой той же толщины но выполненной из шамотного кирпича:
Следовательно 100 – Х =100 – 8541= 1459%
Отсюда вывод: применение стенки той же толщины но выполненной из шамотного кирпича целесообразней чем применение изоляционной прослойки из совелита на 1459%.
Находим температуры на обеих поверхностях изоляционной прослойки и :
Задача №2 (3). Тепловыделяющий элемент ядерного реактора выполнен из смеси карбида урана и графита в виде цилиндрического стержня диаметром . Объёмная производительность источников теплоты равномерно распределена по объёму и равна теплопроводность материала стержня .
Определить температуру и плотность теплового потока на поверхности тепловыделяющего элемента если по оси стержня температура равна .
Плотность теплового потока на поверхности стержня определяют по формуле:
Перепад температур определяется по формуле:
Температура на поверхности стержня:
Подставляя получаем:
Задача №3 (5). По паропроводу внутренний диаметр которого движется пар со средней температурой равной коэффициент теплоотдачи от пара к стенке а температура окружающей среды . Коэффициент теплопроводности стенки толщина стенки .
Определить тепловые потери в следующих случаях:
а) при оголённом паропроводе непосредственно охлаждаемом окружающей средой; интенсивность теплоотдачи от паропровода к среде определяется величиной коэффициента теплоотдачи .
б) при покрытии паропровода слоем изоляции толщиной при коэффициенте теплоотдачи от поверхности слоя изоляции к среде равном и коэффициенте теплопроводности изоляции .
Найти величину критического диаметра изоляции дать пояснение.
Теплопередачу найдем по формуле:
- количество тепла переданное на единицу длины поверхности.
Подставляя найденные значения найдем тепловые потери в двух случаях:
а) Потери теплоты с единицы длины оголённого паропровода:
б) Потери теплоты при покрытии паропровода слоем изоляции:
Задача №4 (7). Внутри вертикальной стальной трубы высотой и диаметром движется вода температура корой . Скорость течения воды . Снаружи стенка трубы охлаждается поперечным потоком воздуха с температурой и скоростью .
Вычислить коэффициент теплопередачи от воды к воздуху и количество передаваемой теплоты. Температура стенки трубы принять равной
переданное количество тепла.
Для начала определим режимы течения воды:
; ; ; при температуре из табл. 1 приложения.
следовательно режим течения турбулентный. В этом случае критериальное уравнение имеет вид:
Т.к. отношение то поправка на влияние длины трубы (табл. 4 приложения)
Определим режим течения воздуха:
Для воздуха это соотношение упрощается и имеет вид:
При температуре : (табл. 3 приложения).
При температуре из табл. 1 приложения.
Задача №5 (9). Определить коэффициент теплоотдачи сухого насыщенного водяного пара на горизонтальной трубе конденсатора при коридорном и шахматном расположении в нем труб.
Найти количество конденсирующего за 1 час пара если абсолютное давление в конденсаторе температурный напор пар стенка наружный диаметр латунных труб в конденсаторе а длина .
Насколько изменится коэффициент теплоотдачи если в паре содержатся 1% воздуха?
Задача №6 (11). Определить тепловой поток теряемый за счет излучения стальной трубой диаметром d = 80 мм и длиной . Труба температура которой расположена в помещении на большом удалении от его стен. Степень черноты материала трубы температура стен в помещении . Как изменится лучистая составляющая коэффициента теплоотдачи от поверхности трубы если ее покрыть цилиндрическим кожухом (экраном) толщиной выполненным из тонких алюминиевых листов (степень черноты )? Найти температуру алюминиевого кожуха. Конвективным теплообменом при расчетах пренебречь.
Задача №7 (13). Определить какое количество сухого насыщенного пара давлением сконденсируется в стальном горизонтальном паропроводе диаметром длиною если он находится в кирпичном канале (07 × 07) м температура стенок которого ; степень черноты стали ; кирпича.
при давлении температура сухого насыщенного пара в стальном горизонтальном паропроводе будет равняться 130оС (см. приложение табл. 2);
Считать температуру стенки паропровода равной
Боковые поверхности трубы и канала:
Определяем коэффициент лучистого теплообмена:
где коэффициент излучения абсолютно черного тела;
Коэффициент теплоотдачи при свободной конвекции рассчитывается по критериальному уравнению:
Но нам не известно число Nu его мы определим как только узнаем режим течения сухого насыщенного пара. А режим течения будем определять по критерию Гразгофа:
g = 98 мс2 – ускорение свободного падения;
;;;; при температуре из приложения по табл. 12.
При () > 109 – турбулентный режим течения
Потери теплоты в паропроводе:
Количество конденсируемого пара:
где скрытая теплота парообразования выбираем по давлению из приложения табл.2
Задача №8 (15). Определить поверхность охлаждения конденсатора паровой турбины мощностью с удельным расходом пара если давление пара в конденсаторе температура охлаждающей воды на входе равна 10°С а на выходе на 3°С ниже температуры насыщенного пара при давлении ; кратность охлаждения ; коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара к охлаждающей воде.
Расход пара турбиной:
Расход охлаждающей воды:
Отводимая в конденсаторе теплота:
при давлении температура насыщенного пара в конденсаторе будет равняться 329оС (см. приложение табл. 5);
Температурный напор в конденсаторе:
Поверхность охлаждения конденсатора:
Список используемой литературы.
П. Д. Лебедев. Теплообменные сушильные и холодильные установки. Изд. 2-е перераб. М. «Энергия» 1972.
В. Н. Богословский В. И. Новожилов Б.Д. Симаков В. П. Титов. Отопление и вентиляция. В 2-х ч. Ч.2. Вентиляция. М. Стройиздат 1976.

ТМО РГЗ дополнение.docx

Произведем расчет конструктивный и тепловой (поверочный)
расчет кожухотрубчатого водоводяного аппарата
при следующих условиях:
теплопроизводительность аппарата 1800 кВт;
материал трубки латунь; корпус – сталь;
температура греющего теплоносителя на входе 180 С на выходе – 100 С
температура нагревающего теплоносителя 5 С на входе на выходе – 70 С
поверхность нагрева выполнена из латунных трубок диаметром;
теплопроводность материала трубок ;
толщина накипи ; теплопроводность накипи;
коэффициент учитывающий потери тепла в окружающую среду ;
теплоносители движутся по противотоку.
Рис. 1. Кожухотрубчатый теплообменник с жестким креплением
Определяем средний тепловой расчёт греющей воды при
Средний объёмный расход нагреваемой воды при
где и плотность воды при соответствующих температурах (табл. 7 приложения);
– теплоёмкость воды.
Средний температурный напор в аппарате:
Задаёмся скоростью движения воды в трубках и определяем площадь поверхностного сечения трубок в секции:
По таблице 8 находим ближайшее конструктивное число трубок равное 37 (при расположении трубок по концентрическим окружностям).
Такому количеству трубок соответствует диаметр аппарата . Принимая шаг по радиусу т.е. и кольцевой зазор определяем внутренний диаметр корпуса:
Находим скорость движения воды в межтрубном пространстве.
Площадь поперечного сечения корпуса:
Площадь занятая трубками:
Площадь межтрубного пространства:
Скорость воды в межтрубном пространстве:
Для вычисления коэффициента теплоотдачи от охлаждаемой воды находим критерий Рейнольдса:
Что соответствует установившемуся турбулентному режиму.
Поэтому следует пользоваться следующей формулой имея в виду что действительная скорость в трубках:
Для воды принимаем уточнённую формулу:
где А = 3780 табл. 9 приложения.
Коэффициент теплопередачи со стороны нагреваемой воды находим аналогичным путём. Определяем режим движения воды в межтрубном пространстве:
Воспользуемся той же формулой только коэффициент А = 2325 при
Коэффициент теплопередачи вычисляем по формуле (для плоской стенки)
Поверхность нагрева подогревателя
Выполняем подогреватель из двух секций.
Активная длина трубок в каждой секции равна .
Таким образом каждая секция будет состоять из 37 трубок длиной 35 м.
Диаметры всех штуцеров аппарата должны быть одинаковыми так как расходы равны.
Приняв скорость воды в штуцерах равной 15 получим
Задача №5 (9). Определить коэффициент теплоотдачи сухого насыщенного водяного пара на горизонтальной трубе конденсатора при коридорном и шахматном расположении в нем труб.
Найти количество конденсирующего за 1 час пара если абсолютное давление в конденсаторе температурный напор пар стенка наружный диаметр латунных труб в конденсаторе а длина .
Насколько изменится коэффициент теплоотдачи если в паре содержатся 1% воздуха?
Коэффициент теплоотдачи при пленочной конденсации пара на горизонтальной трубе определяется по формуле:
По приложению табл. 6 определяем число As для температуры насыщения ts = 100C:
Подставляя получаем:
Коэффициент теплоотдачи при различном расположении труб равен:
где t – поправка на число n рядов труб в пучке.
t определяем по графику:
t = 098 при коридорном расположении труб
t = 099 при шахматном расположении труб
Количество конденсирующего за 1 час пара:
где r = 226106 Джкг при ts = 1000С – табл. 7 приложения.
Изменение теплоотдачи при содержании в паре 1% воздуха определяется при помощи графика приведенного ниже
При коридорном расположении труб:
При шахматном расположении труб:
Задача №6 (11). Определить тепловой поток теряемый за счет излучения стальной трубой диаметром d = 80 мм и длиной . Труба температура которой расположена в помещении на большом удалении от его стен. Степень черноты материала трубы температура стен в помещении . Как изменится лучистая составляющая коэффициента теплоотдачи от поверхности трубы если ее покрыть цилиндрическим кожухом (экраном) толщиной выполненным из тонких алюминиевых листов (степень черноты )? Найти температуру алюминиевого кожуха. Конвективным теплообменом при расчетах пренебречь.
Потеря теплоты оголенным паропроводом:
где коэффициент излучения абсолютно черного тела;
Площадь трубы находим по формуле:
При экранировании потери теплоты определяются по формуле:
Эквивалентная степень черноты при этом:
Температуру алюминиевого листа находим из формулы:
Отсюда выражаем t3 и получаем t3 = 725°K
Находим лучистую составляющую коэффициента теплообмена для обоих случаев:

рис по ТМО.cdw