Скачать: rgr_tot.zip [55,84 Kb] (cкачиваний: 24)  

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 4

1ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПЛАСТИНЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА 5

2 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ. 11

БИБЛИОГРАФИЧЕКИЙ СПИСОК.. 15

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Теоретические основы теплотехники» относится к федеральному компоненту цикла дисциплин специализации. Ее изучение базируется на знании дисциплин естественно-научного цикла (высшая математика, физика, химия) и цикла общепрофессиональных дисциплин (гидравлика, прикладная механика). Дисциплина занимает одну из ведущих позиций в системе подготовки бакалавра по направлению «Теплоэнергетика».

Целью дисциплины является получение студентами глубоких теоретических знаний, необходимых для решения инженерных задач, связанных с теплоэнергетикой.

Методические указания к решению расчётно-графической работы составлены в соответствии с рабочей программой дисциплины.

Материалы составлены с учетом современных источников информации в области энергоснабжения и теплотехники.

В состав методических указаний входят основные расчетные формулы, рекомендации по выбору справочных материалов.

1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПЛАСТИНЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

Проектный расчет пластинчатого теплообменника сводится к определению:

- величины теплового потока от одного теплоносителя к другому;

- расчетного коэффициента теплопередачи;

- вида и типоразмера пластинчатого теплообменника, опираясь на существующие конструкции;

- количество пластин;

- расчетный перепад давления теплоносителей.

При осуществлении расчета следует учитывать, что при одних и тех же заданных значениях теплового потока и температур теплоносителей могут быть спроектированы пластинчатые теплообменные аппараты с разным расчетным коэффициентом теплопередачи в силу существования большого количества конструкций пластин, принятых за аналог. Принятая за аналог пластина теплообменного аппарата в целом определяет размер общей теплообменной поверхности аппарата и величину его гидросопротивления.

Проектный расчет теплообменника, как правило, содержит тепловой, компоновочный и гидравлический расчеты, который в итоге подкрепляется расчетом на экономическую целесообразность разработки.

Согласно тепловому расчету по справочным данным определяют теплофизические свойства теплоносителей согласно их средней температуре

Средняя температура горячего теплоносителя определяется по зависимости

(1)

где - температура горячего теплоносителя на входе в теплообменник, ;

- температура горячего теплоносителя на выходе из аппарата, ;

Средняя температура холодноготеплоносителя определяется по зависимости

(2)

Согласно уравнению теплового баланса теплообменного аппарата, определяем тепловую нагрузку рассчитываемого теплообменника

(3)

где и - массовые расходы горячего и холодного теплоносителей, кг/с,;

и - объемные расходы горячего и холодного теплоносителей, ;V₁примем равным 13 согласно начальным параметрам;

и – удельные массовые теплоемкости горячего и холодного тепло-носителей, Дж/(кг·К), С₁примем равной 2681,75, согласно [2], С₂ примем равной 2300, согласно [2];

и - плотности горячего и холодного теплоносителей при температурах и соответственно, , примем равной 786,25, примем равной 821,55 согласно [1].

Тепловая нагрузка 𝑄в Вт определится по первой части уравнения теплового баланса

Необходимый массовый расход воды вкг/с определяем по второй части уравнения теплового баланса:

Соответственно по массовому расходу холодного теплоносителя определяем объемный расход холодного теплоносителя,

В свою очередь среднелогарифмический температурный напор Δ𝑡 между горячим и холодным теплоносителем в определяется по известной зависимости

где - большая из разностей температур между температурами теплоносителей, ;

- меньшая из разностей температур между температурами теплоносителей,

Большая из разностей температур для прямоточной схемы движения теплоносителей определяется как

= (8)

Меньшая из разностей температур для прямоточной схемы движения теплоносителей определяется как

= (9)

Режим движения теплоносителя определяется по величине критерияРейнольдса:

1) 𝑅𝑒<2300- режим ламинарный;

2) 𝑅𝑒>2300 - режимтурбулентный.

Режим движения теплоносителя определяется по величине критерия Рейнольдса:

(11)

где 𝜔- средняя скорость теплоносителя по сечению канала, м/с;

µ– динамическая вязкость теплоносителя при средней температуре, Па·с.

Находим число Рейнольдса по формуле (11) для горячего и холодного теплоносителей .

в данном случае режим движения жидкости ламинарный.

в данном случае режим движения жидкости ламинарный.

При движении теплоносителя в каналах пластинчатого теплообменника коэффициент теплоотдачи рассчитывается:

- в случае ламинарного движения теплоносителя:

(12)

- в случае турбулентного движения теплоносителя:

где Си 𝑛– коэффициенты, зависящие от режима движения потоков и типа пластин (Приложение Б)

𝑅𝑒– критерий Рейнольдса;

- критерий Прандтля (часто приводится в справочной литературе в готовом виде);

с – удельная теплоемкость, Дж/кг·К;

µ- динамическая вязкость, Па·с;

𝜆 – коэффициент теплопроводности теплоносителя при средней температуре, Вт/м·К.

Найдем число Нуссельта для горячего и холодного теплоносителей определяется по формуле (12):

По полученным значениям и определяются величины коэффициентов теплоотдачи𝛼₁от горячего теплоносителя к поверхности и от поверхности пластины к холодному теплоносителю, Вт/м²·К:

где 𝜆- коэффициент теплопроводности теплоносителя при его средней температуре, Вт/м·К;

𝑑э - эквивалентный диаметр канала, м.

Определяем по формуле (13) 𝛼₁ коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к поверхности:

Определяем по формуле (13) 𝛼₂ коэффициент теплоотдачи от поверхности пластины к холодному теплоносителю:

Найдем термическое сопротивление пластины

Коэффициент теплопередачи, характеризующий интенсивность теплообмена между теплоносителями в теплообменнике определяется по зависимости:

где 𝛼₁- коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к поверхности пластины, Вт/м²·К;

𝛼₂– коэффициент теплоотдачи от поверхности пластины к холодному теплоносителю, Вт/м²·К;

- термическое сопротивление загрязняющего слоя на пластине со стороны горячего теплоносителя, м²·КВт;

- термическое сопротивление пластины, м²·К/Вт;

- термическое сопротивление загрязняющего слоя на пластине со стороны холодного теплоносителя, м²·К/Вт;

, , - толщины соответственно загрязняющих слоев и пластины теплообменника, м;

, , – соответствующие коэффициенты теплопроводности указанных загрязняющих слоев и пластины теплообменника, Вт/м·К.

равны нулю т.к и горячий и холодный теплоносители бутиловый спирт и не создается загрязняющий слой.

Найдем коэффициент теплопередачи по формуле (14):

Определим общую поверхность теплообмена определяется по уравнению теплопередачи

где 𝐾– коэффициент теплопередачи,

Δ𝑡– среднелогарифмический температурный напор,

2 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Сущность гидравлического расчета пластинчатого теплообменного аппарата сводится к определению гидравлических сопротивлений и потерь давления теплоносителей в аппарате Δ𝑝 в Па.

где – суммарное сопротивление трения пластин, Па;

- сопротивление штуцеров, Па;

– суммарные потери давления, обусловленные ускорением потока в теплообменном аппарате, Па;

Гидравлические сопротивления пакетов пластин пластинчатого теплообменника определяются по выражению

где 𝜌– плотность теплоносителя при средней его температуре, кг/ ;

𝐿𝑛- приведенная длина пластины теплообменника, м;

𝑚 – число параллельных каналов в пакете для каждой среды по формуле (24);

𝑤 - скорость движения теплоносителя в каналах теплообменника (в межпластинном пространстве),м/с;

𝜉 - коэффициент общего гидравлического сопротивления единицы относительной длины канала.

Коэффициенты общего гидравлического сопротивления 𝜉для обоих теплоносителей определяется по выражению

где 𝑅𝑒- критерий Рейнольдса для соответствующего теплоносителя.

Находим гидравлическое сопротивление пакетов пластин по формуле (18)

Гидравлическое сопротивление штуцеров вПа определяется по зависимости

где – коэффициент гидравлического сопротивления штуцера;

- скорость теплоносителя в штуцере, м/с;

Скорость теплоносителя в штуцере определяется по зависимости:

(21)

где 𝑉- объемный расход теплоносителя через теплообменный аппарат, м³/с;

- площадь поперечного сечения штуцера,

По формуле (20) найдем гидравлические сопротивления штуцеров

Найдем сумму потерь давления теплоносителя в аппарате по формуле (17)

Мощность, требуемая для подбора перекачивающего теплоноситель насоса 𝑁в Вт определяется по зависимости

(23)

где 𝜂- коэффициент полезного действия перекачивающего устройства

Число параллельных каналов в пакете m для каждого теплоносителя определяется по выражению:

(24)

где f_n – площадь поперечного сечения пакета пластин, м²;

f– площадь одного межпластинчатого канала, м².

Число пластин в пакете находят по выражению

В крайних пакетах, соприкасающихся с плитами, общее число пластин на одну больше (концевую) согласно формуле

Общая поверхность теплообмена одного пакета в определяется по выражению

где 𝐹– площадь теплоотдающей поверхности одной пластины,

Требуемое число пакетов пластин в аппарате определяют

Если число пакетов, получается величиной дробной, то ее необходимо округлить до ближайшего целого числа с целью корректировки фактиче-ской рабочей поверхности всего теплообменного аппарата в

Общее количество пластин в теплообменном аппарате определяется по зависимости

.

.

БИБЛИОГРАФИЧЕКИЙ СПИСОК

1. Банных, О.П. Основные конструкции и тепловой расчет теплообмен-ников [Текст]: учебное пособие / О.П. Банных – СПб НИУ ИТМО, 2012. – 42с.

2. Павлов К.Ф., Процессы и аппараты химической технологии [Текст] / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков – М.: Химия, 133. – 622 с.

3. Романков П.Г. Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии (примеры и задачи): учеб. пособие для вузов / П.Г. Романков, В.Ф. Фролов, О.М. Флисюк. – 3-е изд., испр. – СПб. : ХИМИЗДАТ, 2009. – 45 с.

4. Рудобашта, С. П. «Теплотехника» [Текст]: учебник для студ. вузов, обучающихся по направлению «Агроинженерия»: допущено МСХ РФ / С. П.Рудобашта; Ассоциация «АГРООБРАЗОВАНИЕ». – М.: Колос, 2010. – 599 с.: ил.