Развитие силовых установок во всех областях техники в настоящее время характеризуется резким увеличением мощности в одном агрегате, повышением эффективного к.п.д. установок. Успешное решение этих задач не возможно без применения совершенных теплообменных устройств.

В зависимости от назначения аппараты используют как нагреватели и как охладители. Теплообменники по способу передачи теплоты подразделяют на поверхностные, где отсутствует непосредственный контакт теплоносителей, а передача тепла происходит через твёрдую стенку, и смесительные где теплоносители контактируют непосредственно. Поверхностные теплообменники в свою очередь подразделяются на рекуперативные и регенеративные, в зависимости от одновременного или поочерёдного контакта теплоносителей с разделяющей их стенкой.

Рекуперативными называют теплообменники, в которых теплообмен между теплоносителями происходит через разделяющую их стенку. Они могут работать как в непрерывном, так и в периодических режимах. Большинство рекуперативных теплообменников работают в непрерывном режиме.

Кожухотрубчатые теплообменники получили наибольшее распространение, они предназначены для работы с теплоносителями жидкость-жидкость, газ-газ и представляют собой аппараты выполняемые из пучков труб. По количеству ходов все кожухотрубчатые теплообменники делят на: одна, двух, четырёх и шестиходовые.

Пластинчатые теплообменники имеют плоские параллельные поверхности теплообмена, которые образуют каналы для прохода теплоносителей. Такие теплообменники применяют для теплоносителей с примерно равными коэффициентами теплоотдачи. Для интенсивности процесса теплообмена и для увеличения площади поверхности теплообмена пластинам придают различный профиль.

Выполнение курсовой работы по курсу «Тепломассообмен» позволит закрепить знания по основным разделам дисциплины.

Курсовая работа состоит из расчётной части и графической и выполняется по следующим разделам:

1. Тепловой конструктивный расчёт рекуперативного кожухотрубчатого теплообменника.

2. Тепловой расчёт пластинчатого теплообменника.

1. ТЕПЛОВОЙ КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ РЕКУПЕРАТИВНОГО КОЖУХОТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты могут использоваться в качестве теплообменников, холодильников, конденсаторов и испарителей. Теплообменники предназначены для нагрева и охлаждения, а холодильники для охлаждения (водой или другим нетоксичным, непожаро- и невзрывоопасным хладагентом) жидких и газообразных сред. Кожухотрубчатые теплообменники могут быть следующих типов: ТН - теплообменники с неподвижными трубными решетками; ТК - теплообменники с температурными компенсаторами на кожухе и жестко закрепленными трубными решетками; ТП - теплообменники с плавающей головкой, жестким кожухом и жестко закрепленной трубной решеткой; ТУ - теплообменники с U-образными трубками, жестким кожухом и жестко закрепленной трубной решеткой; ТС - теплообменники с сальником на плавающей головке, жестким кожухом и жестко закрепленной трубной решеткой (рисунок 1, Приложение 1).

Наибольшая допускаемая разность температур кожуха и труб для аппаратов типа Н может составлять 20-60 ?С, в зависимости от материала кожуха и труб, давления в кожухе и диаметра аппарата.

Теплообменники и холодильники могут устанавливаться горизонтально или вертикально, быть одно-, двух-, четырех- и шестиходовыми по трубному пространству. Трубы, кожух и другие элементы конструкции могут быть изготовлены из углеродистой или нержавеющей стали, а трубы холодильников - из латуни. Распределительные камеры и крышки выполняют из углеродистой стали.

Данный расчет проводится для определения площади поверхности теплообмена стандартного водо-водяного рекуперативного теплообменника, в котором греющая вода поступает в трубы, нагреваемая вода - в межтрубное пространство.

Задание: Выполнить тепловой конструктивный расчет водоводяного рекуперативного подогревателя производительностью Q. Температура греющего теплоносителя на входе в аппарат ?С. Температура нагреваемого теплоносителя на входе в теплообменник ?С, изменение температуры нагреваемого теплоносителя в аппарате К. Массовый расход греющего теплоносителя - кг/с, нагреваемого теплоносителя - кг/с. Поверхность нагрева выполнена из труб диаметром мм.

Трубы в трубной решетке расположены по вершинам равносторонних треугольников. L - длина труб, предварительно принимается равной 3,0 м. Схема движения теплоносителей - противоток. Материал труб теплообменного аппарата выбирается в соответствии с вариантом. Потерями тепла в окружающую среду пренебречь.

1.1 Расчет количества передаваемого тепла

Уравнение теплового баланса для теплообменного аппарата имеет вид:

(1.1)

где - количество теплоты в единицу времени, отданное греющим теплоносителем, Вт;

- количество теплоты в единицу времени, воспринятое нагреваемым теплоносителем, Вт;

- потери теплоты в окружающую среду, Вт.

Так как по условию, то количество передаваемого тепла в единицу времени через поверхность нагрева аппарата, Вт, ([7]):

(1.2)

где и - средние удельные массовые теплоёмкости греющего и агреваемого теплоносителей, в интервале изменения температур от до и от до , соответственно, кДж/кг К.

Температура нагреваемого теплоносителя на выходе из теплообменника, ?С, ([7])

(1,3)

(?С)

Средняя температура нагреваемого теплоносителя, ?С:

(1.4)

(?С)

По температуре определяется значения методом линейной интерполяции ([3])

(кДж/кг К)

Количество теплоты в единицу времени, воспринятое нагреваемым теплоносителем, Вт, ([7]):

(1.5)

(кВт)

Методом линейной интерполяции определяется средняя удельная массовая теплоёмкость греющего теплоносителя при температуре

(кДж/кг К)

Для условия, , определяется температура греющего теплоносителя на выходе из теплообменника, ?С:

, (1.6)

(?С)

Средняя температура греющего теплоносителя, ?С, ([7]):

(1.7)

(?С)

По температуре определяется значения . Уточняется количество теплоты, отданное греющим теплоносителем в единицу времени, Вт, ([7]):

(1.8)

(кВт).

Величина относительной погрешности, %

, % (1.9)

1.2 Определение интенсивности процессов теплообмена

В основу расчёта коэффициентов теплоотдачи между теплоносителями и поверхностью стенки положены критериальные уравнения, полученные в результате обработки многочисленных экспериментальных данных и их обобщения на основе теории подобия.

1.2.1 Расчёт интенсивности теплоотдачи со стороны греющего теплоносителя

По среднеарифметическому значению температуры определяются значения физических свойств греющего теплоносителя:

- плотность, кг/м?, (кг/м?);

- кинематический коэффициент вязкости, м?/с, (м?/с);

- коэффициент теплопроводности, Вт/(м· К), (Вт/(м· К));

- критерий Прандтля, .

В первом приближении температура стенки, ?С:

(1.10)

(?С)

По определяется

Критерий Рейнольдса для потока греющего теплоносителя, ([7]):

(1.11)

где - средняя скорость греющего теплоносителя, м/с, ([7], стр.6) , (м/с).

В результате сравнения вычисленного значения = с критическим числом = 2300 устанавливаем, что режим течения жидкости турбулентный и выбираем критериальное уравнение для расчета числа Нуссельта. Интенсивность теплоотдачи в круглых трубках зависит от режима движения теплоносителя.

При турбулентном режиме течения жидкости (Re > 2300) в круглых трубах и каналах число Нуссельта определяется по критериальной зависимости, ([7]):

(1.12)

Коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке трубы, Вт/(м?· К), ([7]):

(1.16)

(Вт/(м?· К)).

1.2.2. Расчёт интенсивности теплоотдачи со стороны нагреваемого теплоносителя

По среднеарифметическому значению температуры определяются значения физических свойств нагреваемого теплоносителя ([3]):

- плотность теплоносителя, кг/м?, (кг/м?);

- кинематический коэффициент вязкости, м?/с, (м?/с);

- коэффициент теплопроводности, Вт/(м· К), (Вт/(м· К));

- критерий Прандтля,.

Число Рейнольдса для потока холодного теплоносителя, ([7]):

(1.17)

где - средняя скорость нагреваемого теплоносителя, м/с, ([7], стр. 8), (м/с).

В результате сравнения вычисленного значения с критическим числом = 1000 выбираем критериальное уравнение, по которому подсчитывается число Нуссельта.

При движении теплоносителя в межтрубном пространстве коэффициент теплоотдачи рассчитывают по уравнению ([7]):

(1.18)

За определяющий геометрический размер принимают наружный диаметр теплообменных труб.

Коэффициент теплоотдачи от стенок трубного пучка к нагреваемому теплоносителю, Вт/(м?· К), ([7]):

(1.20)

(Вт/(м?· К)).

1.3 Определение коэффициента теплопередачи

Если (/) < 2, то коэффициент теплопередачи для плоской поверхности теплообмена с достаточной точностью определяется по формуле, Вт/(м?· К), ([7]):

(1.21)

(Вт/(м?·К))

где , - термические сопротивления слоев загрязнений с обеих сторон стенки, (м2· К)/Вт ([1]), ((м2· К)/Вт), ((м2· К)/Вт);

- толщина стенки, м;

- коэффициент теплопроводности материала трубок ([7], таблица П.1.3), Вт/(м· К);

(Вт/(м· К));

Толщина стенки трубки вычисляется по формуле, ([7]):

(1.22)

(мм)

Вычисленное значение коэффициента теплопередачи сравнивается с ориентировочными значениями k для соответствующих теплоносителей ([1]).

1.4. Определение расчетной площади поверхности теплообмена

В аппаратах с прямо- или противоточным движением теплоносителей средняя разность температур потоков определяется как среднелогарифмическая между большей и меньшей разностями температур теплоносителей на концах аппарата, ([7]):

(1.23)

(?С);

где - большая разность температур, ?С, (?С)(см. рис1),

- меньшая разность температур, ?С, (?С)(см. рис1).

График изменения температур теплоносителей при противотоке, ([7], рис. П1.2)

Рис.1. Графическая зависимость для определения большей и меньшей разности температур теплоносителей

При сложном взаимном движении теплоносителей, например при смешанном и перекрестном токе в многоходовых теплообменниках, средняя разность температур теплоносителей определяется с учетом поправки ([7]):

(1.24)

(?С)

Для нахождения поправочного коэффициента вычисляются вспомогательные коэффициенты P и R ([7]):

(1.25)

(1.26)

По полученным значениям коэффициентов P и R определяем поправочный коэффициент ([5]).

Поверхностная плотность теплового потока, Вт/м?, ([7]):

(1.28)

(Вт/м?)

Из основного уравнения теплопередачи определяется необходимая поверхность теплообмена, м?, ([7]):

(1.29)

(м?)

По рассчитанной площади и заданному диаметру труб выбирается стандартный теплообменный аппарат ([1]):

Параметры кожухотрубчатого теплообменника сварной конструкции с неподвижными трубными решетками (ГОСТ 15118-79,ГОСТ 15120-79,ГОСТ 15122-79).

Таблица 1

Диаметр кожуха, мм	Диаметр труб, мм	Число ходов	Общее число труб, шт.	Поверхность теплообмена(в м2) при длине труб, м	Площадь сечения потока 10-2 м2	Площадь сечения одного хода по трубам, 10-2 м2
					В вырезе перегородок	Между перегородками
				3
400	20?2	2	166	31	1,7	3	1,7

Пересчитываются скорости движения и критерий Рейнольдса для греющего и нагреваемого теплоносителей, м/с, ([7]):

(1.30)

(м/с)

(1.31)

(м/с)

где - площадь сечения одного хода по трубам, м2, (м2)

- площадь сечения межтрубного пространства между перегородками, м2, (м2)

(1.32)

(1.33)

1.5 Конструктивный расчет теплообменного аппарата

Определяется число труб в теплообменнике, ([7]):

(1.34)

(шт.)

где - площадь поверхности теплообмена стандартного теплообменника, м2, (м2);

- длина труб одного хода стандартного теплообменного аппарата, м, (м).

По условию трубы по сечению трубной решетки расположены по вершинам равносторонних треугольников. Количество трубок, расположенных по сторонам большего шестиугольника, ([7]) :

(1.35)

(шт.)

Количество трубок, расположенных по диагонали шестиугольника, ([7]):

(1.36)

(шт.).

Число рядов труб, омываемых теплоносителем в межтрубном пространстве, приближенно можно принять равным 0,5 · b , т.е., ([7])

(1.37)

Для стандартных труб с наружным диаметром равным 20мм, размещенных по вершинам равносторонних треугольников, при развальцовке принимают шаг между трубами ([7], стр.12) :

t = (1,31,6),

t = 1,4·20 = 28 (мм)

Рассчитанную величину шага между отверстиями в трубной решетке сравнивают со стандартными значениями ([1])

Внутренний диаметр кожуха двухходового теплообменника, мм, ([7]):

(1.38)

(мм)

где - коэффициент заполнения трубной решетки, принимается равным 0,6 - 0,8.

1.6 Определение температуры поверхности стенок трубы

Термическое сопротивление теплоотдачи от греющего теплоносителя к поверхности загрязнений, (м?· К)/Вт, ([7]):

(1.40)

((м?· К)/Вт)

Термическое сопротивление слоя отложений со стороны греющего теплоносителя, (м?· К)/Вт, ([7])

(1.41)

((м?· К)/Вт)

где - тепловая проводимость слоя отложений со стороны греющего теплоносителя ([1]), ((м2· К)/Вт).

Термическое сопротивление стенки трубы, (м?· К)/Вт, ([7]):

(1.42)

((м?· К)/Вт)

где - толщина стенки трубки, м, (м);

- коэффициент теплопроводности стенки, Вт/м·К, (Вт/м·К).

Термическое сопротивление слоя отложений со стороны нагреваемого теплоносителя, (м?· К)/Вт, ([7]):

(1.43)

((м?· К)/Вт)

где - тепловая проводимость слоя отложений со стороны нагреваемого теплоносителя, Вт/(м?· К), ([1])

(Вт/(м?· К))

Термическое сопротивление теплоотдачи от стенки загрязнений к нагреваемому теплоносителю, (м?· К)/Вт, ([7], формула 1.44):

((м?· К)/Вт)

Аналитически температура стенок трубы определяется по формулам, ([7], формулы 1.45, 1.46):

(?С)

Для проверки температуру стенки определим графическим способом, ([7], рис П.1.4).

Рис.4. Графический способ определения температуры поверхности стенки трубы со стороны греющего и нагреваемого теплоносителей

1.7 Гидравлический расчет теплообменника

Целью гидравлического расчёта является определение величины потери давления теплоносителей при их движении через теплообменный аппарат.

Полное гидравлическое сопротивление при движении жидкости в трубах теплообменного аппарата определяется выражением, Па, ([7]):

(1.47)

где - гидравлическое сопротивление трения, Па, ([7]);

- потери давления, обусловленные наличием местных сопротивлений; складываются из сопротивлений, возникающих в связи с изменением площади сечения потока, обтекания препятствий, Па, ([7]);

(1.48)

(Па)

где - коэффициент трения, ([7]);

z - число ходов теплоносителя по трубному пространству, z=2.

Коэффициент трения определяется по формуле:

(1.49)

где - относительная шероховатость труб, ([7],стр.14);

- высота выступов шероховатостей ,принимаем = 0,2 мм, ([7],стр.14).

Потери давления, обусловленные наличием местных сопротивлений, Па,([7]):

(1.50)

(Па)

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений трубного

пространства, ([7]):

(1.51)

где , - коэффициенты сопротивлений входной и выходной камер ([1]), ,;

, - коэффициенты сопротивлений входа в трубы и выхода из них ([1]), , ;

- коэффициент сопротивления поворота между ходами, ([1]), .

Величина потерь давления греющего теплоносителя в теплообменном аппарате, Па,([7]):

(1.52)

(Па)

Величина потерь давления нагреваемого теплоносителя в межтрубном пространстве теплообменника, Па, ([7]):

(1.53)

(Па)

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений межтрубного пространства, ([7]):

(1.54)

где , - коэффициент сопротивления входа и выхода жидкости ([1]), ,

- коэффициент сопротивления пучка труб, ([7]):

(1.55)

х - число сегментных перегородок ([1]);

- коэффициент, определяющий поворот через сегментную перегородку ([1]),

1.8 Определение толщины тепловой изоляции аппарата

Тепловая изоляция представляет собой конструкцию из материалов с малой теплопроводностью, покрывающую наружные поверхности оборудования, трубопроводов для уменьшения тепловых потерь.

Толщину тепловой изоляции находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции и от поверхности изоляции в окружающую среду, ([7]):

(1.56)

где - температура изоляции со стороны окружающей среды, которая не должна превышать 45°C, согласно требований техники безопасности, ([7],стр.16), принимаем (°C);

- коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/м?·К, ([7],стр.16), принимаем = 25 (Вт/м?·К);

- температура изоляции со стороны аппарата; ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции, принимают равной средней температуре нагреваемого теплоносителя, °C, ([7],стр.16), принимаем (°C) ;

- температура окружающей среды; для изолируемых поверхностей, расположенных в помещении принимается 20°С [6];

- коэффициент теплопроводности изолятора, Вт/(м· К);

Если в качестве изолятора принять полотно стеклянное теплоизоляционное марки ИПС-T-l000, ТУ 6-11-570-83, то коэффициент теплопроводности изолятора [6]:

= 0,047+0,00023 tm,

(Вт/(м· К));

где tm - средняя температура теплоизоляционного слоя, °С;

На открытом воздухе в летнее время, в помещении, в каналах, тоннелях, технических подпольях, на чердаках и в подвалах зданий: ([7]):

tm = (1.59)

(°С)

где tw - средняя температура теплоносителя, омывающего стенку, °С.

При расчетах задать температурный напор = (12 - 25) °С.

Толщина тепловой изоляции, м, ([7]):

(1.60)

(см)

2.ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ПЛАСТИНЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

В пластинчатых теплообменниках поверхность теплообмена образована набором тонких штампованных гофрированных пластин. Эти аппараты могут быть разборными, полуразборными и неразборными (сварными). В пластинах разборных теплообменников (рисунок 1, Приложение 2) имеются угловые отверстия для прохода теплоносителей и пазы, в которых закрепляются уплотнительные и компонующие прокладки из специальных термостойких резин. Пластины сжимаются между неподвижной и подвижной плитами таким образом, что благодаря прокладкам между ними образуются каналы для поочередного прохода горячего и холодного теплоносителей. Плиты снабжены штуцерами для присоединения трубопроводов. Неподвижная плита крепится к полу, пластины и подвижная плита закрепляются в специальной раме.

Группа пластин, образующих систему параллельных каналов, в которых теплоноситель движется только в одном направлении (сверху вниз или наоборот), составляет пакет. Пакет по существу аналогичен одному ходу по трубам в многоходовых кожухотрубчатых теплообменниках. На рисунках 1 и 2 Приложения 2 даны примеры компоновки пластин. При заданном расходе теплоносителя увеличение числа пакетов приводит к увеличению скорости теплоносителя, что интенсифицирует теплообмен, но увеличивает гидравлическое сопротивление. Дополнительный канал со стороны хода нагреваемой воды предназначен для охлаждения плиты и уменьшения теплопотерь.

В соответствии с каталогом ЦИНТИхимнефтемаш (М., 1990) выпускаются теплообменники пластинчатые следующих типов: полуразборные (РС) с пластинами типа 0,5Пр и разборные (Р) с пластинами типа 0,3р и 0,6р.

Технические характеристики указанных пластин и основные параметры теплообменников, собираемых из этих пластин, даны в таблицах 1 и 2 Приложения 2.

Допускаемые температуры теплоносителей определяются термостойкостью резиновых прокладок. Для теплообменников, используемых в системах теплоснабжения, обязательным является применение прокладок из термостойкой резины, марки которой приведены в табл. 3, приложения 2. Условное обозначение теплообменного пластинчатого аппарата: первые буквы обозначают тип аппарата - теплообменник Р (РС) разборный (полусварной), следующее обозначение - тип пластины, цифры после тире - толщина пластины, далее - площадь поверхности теплообмена аппарата (м2), затем - конструктивное исполнение (в соответствии с табл. 1 Приложения 2), марка материала пластины и марка материала прокладки (в соответствии с табл. 3 Приложения 2). После условного обозначения приводится схема компоновки пластин.

Пример условного обозначения пластинчатого разборного теплообменного аппарата: теплообменник Р 0,6р-0,8-16-1К-01 - теплообменник разборный (Р) с пластинками типа 0,6р, толщиной 0,8 мм, площадью поверхности теплообмена 16 м2, на консольной раме, в коррозионно-стойком исполнении, материал пластин и патрубков - сталь 12Х18Н10Т; материал прокладки - теплостойкая резина 359; схема компоновки

что означает над чертой - число каналов в каждом ходу для греющей воды, под чертой - то же, для нагреваемой воды.

При оптимальной компоновке пластин число пакетов для горячего и холодного теплоносителя может быть неодинаковым. В условном обозначении схемы компоновки число слагаемых в числителе соответствует числу пакетов (последовательных ходов) для горячего теплоносителя, в знаменателе - для холодного; каждое слагаемое означает число параллельных каналов в пакете.

Из рассматриваемых трех теплообменников наиболее целесообразно применение теплообменников РС 0,5Пр, поскольку эти теплообменники надежно работают при рабочем давлении до 1,6 МПа (16 кгс/см2). Пластины попарно сварены по контуру образуя блок. Между двумя сваренными пластинами имеется закрытый (сварной) канал для теплофикационной греющей воды. Разборные каналы допускают давление в них до 1 МПа.

Теплообменники типа Р 0,3р могут применяться в системах теплоснабжения при отсутствии теплообменников типа РС 0,5Пр и параметрах теплоносителей до 1,0 МПа (до 10 кгс/см2), до 150 °С и перепаде давлений между теплоносителями не более 0,5 МПа (5 кгс/см2).

Применение теплообменников типа Р 0,6р (титан) в системах теплоснабжения ограничено и допустимо только при отсутствии теплообменников РС 0,5Пр и Р 0,3р при параметрах теплоносителей не более 0,6 МПа (6 кгс/см2) до 150 °С и перепаде давлений теплоносителей не более 0,3 МПа (3 кгс/см2).

Задание: Рассчитать однопакетный пластинчатый теплообменник для системы горячего водоснабжения ЦТП если известны параметры: нагрузка на отопление (ГВС) - Q = 1282 кВт; температуры греющей (сетевой) и нагреваемой воды на входе и выходе теплообменника, соответственно: - °C, °C, °C, °C. Принять равное число параллельных каналов в пакете для греющего и нагреваемого теплоносителей.

2.1 Определение расходов и скоростей движения греющего и нагреваемого теплоносителей

Средняя температура теплоносителей, ([7])

(2.1)

(°C)

(2.1)

(°C)

По среднеарифметическому значению температур , определяются значения физических свойств греющего и нагреваемого теплоносителей ([3]):

, - плотность, кг/м?, (кг/м?), (кг/м?);

, - кинематические коэффициенты вязкости, м?/с, (м?/с), (м?/с);

, - коэффициенты теплопроводности, Вт/(м· К), (Вт/(м· К)), (Вт/(м· К));

, - критерии Прандтля, ,

Массовые расходы теплоносителей, кг/с, ([7]):

(2.2)

(кг/с)

(2.3)

(кг/с)

(м3/ч)

По максимальному расходу выбирается тип пластин. Параметры пластин, ([7], таблица П.2.1 и П.2.2):

- толщина стенки пластины, м, (м);

- площадь поверхности теплообмена пластины, м2, (м2);

- площадь поперечного сечения канала между пластинами, м2, (м2);

- смачиваемый периметр в поперечном сечении канала, м, (м) .

Эквивалентный диаметр сечения канала, м, ([7]):

(2.4)

(м)

При расчете пластинчатого водоподогревателя оптимальная скорость теплоносителя принимаем исходя из получения таких же потерь давления в установке по нагреваемой воде, как при применении кожухотрубного водоподогревателя (100-150 кПа), что соответствует скорости воды в каналах (0,3 - 0,5) м/c [4], (м/c)

Число каналов в пакете, ([7]):

(2.5)

(шт.)

Скорость второго теплоносителя, м/с, ([7]):

(2.6)

(м/с)

2.2 Расчет интенсивности теплообмена при движении теплоносителей между пластинами

Критерии Рейнольдса и Прандтля для каждого теплоносителя, ([7]):

; (2.7)

(2.7)

(2.8)

Определяется критерий Нуссельта для греющего и нагреваемого теплоносителей, ([7]):

- при турбулентном режиме (Re 50):

(2.9)

(2.10)

Где, ([1])

Коэффициенты теплоотдачи от греющего теплоносителя к поверхности стенки и от поверхности стенки к нагреваемому теплоносителю, соответственно, Вт/(м?· К), ([7]):

(2.13)

(Вт/(м?· К))

(2.13)

(Вт/(м?· К))

2.3. Определение площади поверхности теплообмена

Принимаются значения термических сопротивлений слоев загрязнений с двух сторон стенки, , , (м2· К)/Вт; ([7], таблица П.1.2), ((м2· К)/Вт), ((м2· К)/Вт);

В качестве материала материал пластин и патрубков - сталь 12Х18Н10Т. По средней температуре стенки определяется коэффициент теплопроводности стенки , Вт/(м · К), ([7], таблица П.1.3), (Вт/(м · К)).

Суммарное термическое сопротивление, (м? · К)/Вт, ([7]):

(2.14)

((м? · К)/Вт)

Коэффициент теплопередачи, Вт/(м? · К), ([7]):

(2.15)

(Вт/(м? · К))

Среднелогарифмический температурный напор при противотоке возьмём из предыдущих расчетов.

Требуемая поверхность теплообмена, м?,([7]):

(2.16)

(м?)

Фактическая поверхность теплообмена, м?,([7]):

(2.17)

м?

Рассчитываем относительный запас площади поверхности теплообмена , %,([7]):

(2.18)

2.4. Расчет гидравлических сопротивлений при движении теплоносителей

Рассчитаем гидравлические сопротивления при движении нагревающего и нагреваемого теплоносителя, МПа, ([7]):

(2.19)

(МПа)

где - коэффициент общего гидравлического сопротивления, ([7], таблица П.2.2)

- - приведенная длина канала, м, ([7], таблица П.2.2), (м).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения курсовой работы были получены навыки применения теоретических знаний при решении теплотехнических задач. По расчёту и проектированию рекуперативных теплообменных аппаратов, а также закрепил знания по основным разделам курса «Тепломассообмен».

В данной курсовой работе был произведён тепловой конструктивный расчёт рекуперативного кожухотрубчатого теплообменника, а также тепловой расчёт пластинчатого теплообменника.

Были выполнены чертежи рекуперативного кожухотрубчатого теплообменника (формат А1) и пластинчатого рекуперативного теплообменного аппарата (формат А3).

ЛИТЕРАТУРА

1. Дытнерский, Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Курсовое проектирование /Ю.И. Дытнерский, Г.С. Борисов, В.П. Брыков. - М.: Химия, 1991. - 412 с.

2. Копко, В.М. Пластинчатые теплообменники в системах централизованного теплоснабжения. Курсовое и дипломное проектирование: учебное пособие. /В.М. Копко, М.Г. Пшоник. - Мн.: БНТУ, 2005. - 199 с.

3. Нащокин, В.В. Техническая термодинамика и теплопередача /В.В. Нащокин. - М.: Высш. шк., 1980. - 469 с.

4. Проектирование тепловых пунктов. СП-41-101-95.

5. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник /под общей ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - Кн. 4. - 586 с.

6. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. СНиП 2.04.14. - 88.

7. Тепломассообмен: метод. указания к курсовой работе по одноим. курсу для студентов специальностей 1 - 43 01 05 «Промышленная теплоэнергетика» и 1 - 43 01 07 «Техническая эксплуатация энергооборудования организаций» /авт.-сост.: А.В. Овсянник, М.Н. Новиков, А.В. Шаповалов. - Гомель: ГГТУ имени П.О. Сухого», 2007. - 37 с.