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 теплоносителяТечение турбулентный, поэтому расчет числа Нуссельта ведем по формуле:При Находим коэффициент теплоотдачи от первичного теплоносителя к стенке трубыВыполним 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 напорМеньший температурный напорПостроим схему температурных напоров (рис. 1). Это график изменения температуры первичного и вторичного теплоносителей по протяженности труб теплообменника.Вычислим среднелогарифмический температурный напор по формулеПлотность теплового потока определяется по формуле:Площадь поверхности теплообмена определим из уравнения теплопередачи:откудаВычислим 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 температурПоправки 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 расчетОпределим 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 секцийНаходим потери давления в местных сопротивлениях по формулеВеличина 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 тренияПотери давления на трение при движении воды по межтрубному пространству всех секций:Потери давления в местных сопротивлениях:Величина коэффициента местного сопротивленияОбщее сопротивление вторичного теплоносителяМощность, необходимая для перемещения вторичного теплоносителяЗаключениеВыполненный 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 литературыИсаченко 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.