Кожухотрубчатые теплообменные аппараты

Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 52

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты

ВВЕДЕНИЕ

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.

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 ºС, 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 ºС. Температура нагреваемого теплоносителя на входе в теплообменник ºС, 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, ºС, ([7])

                                                                                              (1,3)

(ºС)

Средняя температура нагреваемого теплоносителя, ºС:

                                                                                    (1.4)

(ºС)

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, ºС:

,                                                                                   (1.6)

(ºС)

Средняя температура греющего теплоносителя, ºС, ([7]):

                                                                                              (1.7)

(ºС)

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/м³, (кг/м³);

– кинематический коэффициент вязкости, м²/с, (м²/с);

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

– критерий Прандтля, .

В первом приближении температура стенки, ºС:

                                                                                              (1.10)

(ºС)

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/(м²· К), ([7]):

                                                                                              (1.16)

(Вт/(м²· 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/м³, (кг/м³);

– кинематический коэффициент вязкости, м²/с, (м²/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/(м²· К), ([7]):

                                                                                              (1.20)

(Вт/(м²· К)).

1.3 Определение коэффициента теплопередачи

Если ( / ) < 2, то коэффициент теплопередачи для плоской поверхности теплообмена с достаточной точностью определяется по формуле, Вт/(м²· К), ([7]):

                                                                           (1.21)

(Вт/(м²·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)

(ºС);

где – большая разность температур, ºС, (ºС)(см. рис1),

– меньшая разность температур, ºС, (ºС)(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)

(ºС)

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/м², ([7]):

                                                                                              (1.28)

(Вт/м²)

Из основного уравнения теплопередачи определяется необходимая поверхность теплообмена, м², ([7]):

                                                                                    (1.29)

(м²)

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^-2м²

Площадь сечения одного хода по трубам, 10^-2м²

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 = (1,3 1,6) ,

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, (м²· К)/Вт, ([7]):

                                                                                              (1.40)

((м²· К)/Вт)

Термическое сопротивление слоя отложений со стороны греющего теплоносителя, (м²· К)/Вт, ([7])

                                                                                    (1.41)

((м²· К)/Вт)

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

Термическое сопротивление стенки трубы, (м²· К)/Вт, ([7]):

                                                                                              (1.42)

((м²· 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, (м²· К)/Вт, ([7]):

                                                                                    (1.43)

((м²· К)/Вт)

где – тепловая проводимость слоя отложений со стороны нагреваемого теплоносителя, Вт/(м²· К), ([1])

(Вт/(м²· К))

Термическое сопротивление теплоотдачи от стенки загрязнений к нагреваемому теплоносителю, (м²· К)/Вт, ([7], формула 1.44):

((м²· К)/Вт)

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

(ºС)

(ºС)

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/м²·К, ([7],стр.16), принимаем = 25 (Вт/м²·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 t_m,

(Вт/(м· К));

где t_m – 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]):

t_m =                                                                                       (1.59)

(°С)

где t_w – 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 в одоснабжения 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/м³, (кг/м³), (кг/м³);

, – кинематические коэффициенты вязкости, м²/с, (м²/с), (м²/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)

                                                                                    (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/(м²· К), ([7]):

                                                                                              (2.13)

(Вт/(м²· К))

                                                                                              (2.13)

(Вт/(м²· 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, (м² · К)/Вт, ([7]):

                                                                           (2.14)

((м² · К)/Вт)

Коэффициент теплопередачи, Вт/(м² · К), ([7]):

                                                                           (2.15)

(Вт/(м² · К))

Среднелогарифмический температурный напор при противотоке возьмём из предыдущих расчетов.

Требуемая поверхность теплообмена, м²,([7]):

                                                                                              (2.16)

(м²)

Фактическая поверхность теплообмена, м²,([7]):

                                                                                    (2.17)

м²

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)

(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.