Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции
Расчетно – графические работы №1, №2.
Выполнил: студент гр № 07-41                                          Гараева А.И.

Шифр 11-06-023

Проверил: преподаватель                                                  Замалеев З.Х.
Казань 2010


Расчетно – графическая работа. Вариант №8.

1.     
Расчет теплообменного аппарата «труба в трубе».

Задание: Определить поверхность нагрева и число секций теплообменника типа «труба в трубе». Нагреваемая жидкость (вода) движется по внутренней стальной трубе () диаметром  и имеет температуры: на входе , на выходе

Расход нагреваемой жидкости

Тепло к нагреваемой жидкости передается от конденсирующегося в кольцевом канале между трубами пара. Температура конденсации

Расположение теплообменника – горизонтальное, длина одной секции

К пояснительной записке приложить эскизный чертеж теплообменника. Размеры наружной трубы выбрать конструктивно.

Расчет.

Тепловой расчет теплообменных аппаратов основан на совместном решении уравнения теплового баланса и уравнения теплопередачи. Из первого уравнения можно найти количество тепла, расходуемого на тепловой процесс, а также расходы теплоносителей. Второе уравнение позволяет определить поверхность теплообмена, необходимую для проведения теплового процесса.

1.1 
Определение количества передаваемого тепла и расхода пара.

Уравнение теплового баланса имеет вид:

                                                                                                    (1.1)

где –  - количество передаваемого тепла, Вт

 - расходы, соответственно греющего и нагреваемого теплоносителей, кг/с.

 - изменение энтальпии соответствующих теплоносителей, Дж/кг

При отсутствии изменения агрегатного состояния

                                                                                                       (1.2)

где – средняя удельная теплоемкость жидкого теплоносителя в интервале температур от  до ,

 и  – начальная и конечная температуры теплоносителя,

С учетом (1.2) уравнение (1.1) примет вид

                                                                                  (1.3)

Тогда расход греющего пара определиться как

                                                                                       (1.4)

 - соответственно, энтальпии греющего пара и конденсата, .








1.2 
Определение поверхности теплообмена.

Необходимая для теплового процесса поверхность теплообмена определяется из уравнения

                                                                                                                   (1.5)

где К – коэффициент теплопередачи,

 - средний температурный напор,

F – поверхность теплообмена,

Из (1.5) имеем:

                                                                                                                        (1.6)

Характер зависимости для расчета  определяется направлениями возможного движения теплоносителей, в рассматриваемой задаче:

                                                                                                                 (1.7)

где

           







При расчете теплообменных аппаратов с тонкостенными трубами () можно пользоваться формулой для коэффициента теплопередачи через плоскую стенку

                                                                                                               (1.10)

который и заложен в уравнениях (1.5) и (1.6)

 - толщина стенки трубы,



 - коэффициент теплопроводности материала трубы.

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке  может быть определен по формуле:

                                                                                                                (1.11)

где  - приведенный критерий Рейнольдса – вычисляется по критериальной зависимости (4.15) [2];





 - температура стенки со стороны пара – в первом приближении





В – комплекс, значение которого приведены в табл.4.13 [2].

При   



                              

                



Коэффициент теплоотдачи  от стенки к движущейся жидкости рассчитывается по формуле:

                                                                                                                  (1.12)

где  - вычисляется по критериальным зависимостям (4.6 – 4.9) [2] в зависимости от значения

 - коэффициент теплопроводности жидкого теплоносителя,



В критериальных зависимостях  и  определяется при температуре

                                               

а  - при температуре

                                                 

где перепад температур в стенке

                                                                                                                  (1.13)



Критерий Рейнольдса для воды:

 где  - кинематическая вязкость воды







   





По найденным величинам  и  рассчитывается коэффициент теплопередачи К.



Затем проверяется принятое значение . Если принятая и рассчитанная по соотношению

                                                                                                                      (1.14)

величины отличаются более чем на 5%, задаемся новым значением  и повторяем расчет.

               

Величины отличаются более чем на 5%, поэтому задаемся новой температурой стенки  



Рассчитанные аналогично по выше приведенным формулам величины:







                           

Ошибка менее 5%.

Рассчитав далее поверхность теплообмена по (1.6), определяем число секций по формуле:



, где  - поверхность теплообмена одной секции.

 где  - диаметр (наружный) паровой трубы (принимаем конструктивно)






2.     
Расчет количества тепла и пара при испарении жидкости с открытой поверхности.

Задание: Определить количество тепла и пара, поступающее в воздух помещения с открытой поверхности ванны с водой. Длина ванны , ширина . Температура воды в глубине – . Ванна находится в зоне действия воздушного потока, имеющего скорость  параметры воздуха: температура – , барометрическое давление – . Относительная влажность воздуха –

2.1 
Определение количества пара, поступающего в воздух.

Количество пара (испарившейся жидкости) определяется по формуле:

                                                                                                              (2.1)

где  - коэффициент массоотдачи, м/с:


D – коэффициент диффузии, :

L – определяющий размер, м:

 - вычисляется по критериальному уравнению (4.16) [2] в зависимости от значений

Ar и
Pr;





F – площадь поверхности испарения, м².

Концентрация водяного пара в воздухе определяется по уравнению состояния

                                                                                                                            (2.2)

р – парциальное давление пара при температуре паровоздушной смеси, Па – определяется по таб.11 [2];

 - универсальная газовая постоянная, ;

 - молекулярная масса пара, кг/кмоль.

Т
_n – абсолютная температура поверхности жидкости.

 - концентрации водяного пара, соответственно над поверхностью жидкости и в окружающей среде, кг/м³;





В качестве определяющей берется

, где  - температура поверхности жидкости, -принимается на 2 ⁰С ниже .



Значение коэффициента диффузии D_табл приводится в табл.2 [2]. Для расчета D на нужную температуру Т можно воспользоваться формулой

                                                                                                           (2.3)







2.2 
Определение количества тепла, переносимого в воздух.

Общее количество тепла, отдаваемое поверхностью жидкости при испарении, составляет:

                                                                                                                 (2.5)

где  - количество тепла, переносимого в воздух вместе с паром, Вт;

 - количество тепла, переносимого в воздух помещения конвективным путем, Вт;

 - количество тепла, отдаваемого поверхностью воды излучением, Вт.

Составляющие уравнения (2.5) определяются по формулам:

       или                                                                                   (2.6)

                                                                                                           (2.7)

                                                                                    (2.8)

В формулах (2.6 – 2.8):

 - коэффициент конвективной теплоотдачи, ;

Nu – вычисляется по уравнению (4.16) [2] в зависимости от значений Ar и
Pr;



 - приведенная степень черноты системы – в условиях помещения можно принять  - 0.9;

С_о=5,67 – коэффициент излучения абсолютно черного тела,





 - коэффициент теплопроводности жидкости














Список использованных источников

1. Кушнырев В.И., Лебедев В.И., Павленко В.А. Техническая термодинамика и теплопередача. – М.: Стройиздат, 1986. – 464с.
2. Справочные таблицы теплофизических свойств веществ. – Казань: Офсет КГАСА, 2001, - 26с.