Xreferat.com » Остальные рефераты » Расчет пароводяного подогревателя

Расчет пароводяного подогревателя

Министерство образования РФ

Братский государственный технический университет

Факультет энергетики и автоматики

Кафедра промышленной теплоэнергетики


Курсовая работа

по дисциплине

«Тепломассообмен»


Расчет пароводяного подогревателя


Пояснительная записка

1016 ТО №в 28 КП 103Г


Выполнил

студент группы ЭОПус-02-1 Мельников Е. А.


Проверил

к.т.н., доцент кафедры ПТЭ Федяева В. Н.

Министерство образования РФ

Братский государственный технический университет

Факультет энергетики и автоматики

Кафедра промышленной теплоэнергетики


ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по курсу

«Тепломассообмен»

студента 3 курса гр. ЭОПус-02-1

Мельникова Е. А.


1. Исходные данные

Рассчитать пароводяной подогреватель вертикального типа для подогрева воды системы отопления цехов производственных помещений при следующих условиях:

  1. Давление воды Рв = 0,142 мПа

  2. Температура воды на входе t`в = 20,5 0С

  3. Температура воды на выходе t``в = 89,6 0С

  4. Расход воды Gв = 214,8 м3

  5. Давление греющего пара Pп = 0,57 мПа

  6. Температура греющего пара tп = 175 0С


2. Графическая часть: 2 л *А1

Задание выдано – 8.02.03

Задание принял к исполнению _____________

Руководитель проекта к.т.н., доцент _____________ Федяева В. Н.

Содержание

Введение…………………………………………………………………...

1. Тепловой расчет подогревателя……………………………………….

2. Гидравлический расчет………………………………………………...

3. Механический расчет…………………………………………………..

4. Экономический расчет…………………………………………………

Заключение………………………………………………………………..

Список используемой литературы………………………………………

Угловая спецификация…………………………………………………...

ВВЕДЕНИЕ

Для закрепления теоретических знаний по курсу «Тепломасобменн» учебным планом предусмотрен курсовой проект (работа) для студентов дневной и заочной форм обучения. Целью проектирования – выполнение расчета, на основании которого производится окончательный выбор типа и конструкции аппарата, определения его размеров и выполнения чертежа аппарата. Тематика курсового проекта обычно охватывает разделы курса, связанные с расчетом рекуперативных теплообменников.

Теплообменными аппаратами называют устройства, предназначенные для передачи тепла от одного к другому, а также осуществления различных технологических процессов: нагревание, охлаждения, кипения, конденсации и др.

Теплообменные аппараты классифицируются по различным признакам. Например, по способу передачи тепла их можно разделить на две группы: поверхностные (рекуперативные см. рис. 1 и регенеративные) и смещения. Требования к промышленным теплообменным аппаратам в зависимости от конкретных условий применения весьма разнообразны. Основными требованиями являются: обеспечение наиболее высокого коэффициента теплопередачи при возможно меньшем гидравлическом сопротивлении; компактность и наименьший расход материалов, надежность и герметичность в сочетании с разборностью и доступностью поверхности теплообмена для механической очистки её от загрязнений; унификация узлов и деталей; технологичность механизированного изготовления широких рядов поверхностей теплообмена для различного диапазона рабочих температур, давлений и т. д.

При созданиях новых, более эффективных теплообменных аппаратов стремятся, во-первых, уменьшить удельные затраты материалов, труда, средств и затрачиваемый при работе энергии по сравнению с теми же показателями существующих теплообменников. Удельными затратами для теплообменных аппаратов называют затраты, отнесенные к тепловой производительности взаданных условиях, во-вторых, повысить интенсивность и эффективность работы аппарата. Интенсивностью процесса или удельной тепловой производительностью теплообменного аппарата газывается количество теплоты, передаваемого в единицу времени через единицу поверхности теплообмена при заданном тепловом режиме.

Интенсивность процесса теплообмена характеризуется коэффициентом теплопередачи k. На интенсивность и эффективность влияют также форма поверхности теплообмена; эквивалентный диаметр и компоновка каналов, обеспечивающие оптимальные скорости движения сред; средний температурный напор; наличие турбулизирующих элементов в каналах; оребрение и т. д. Кроме конструктивных методов интенсификации процесса теплообмена существует режимные методы, связанные с изменением гидродинамических параметров и режима течения жидкости у поверхности теплообмена. Режимные методы включают: подвод колебаний к поверхности теплообмена, создание пульсации потоков, вдувание газа в поток либо отсос рабочей среды через пористую стенку, наложении электрических или магнитных полей на поток, предотвращения загрязнений поверхности теплообмена путем сильно турбулизации потока и т. д.

1.ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

ПОДОГРЕВАТЕЛЯ

При заданном давлении пара Рп=0,57МПа, температуре насыщения ts=160 оС по h-s диаграмме определяем состояние пара. Если он перегрет, то имеем две зоны теплообмена:

первая - охлаждение пара от tп=175 оС до ts=160 оС

вторая - конденсация насыщенного пара на вертикальных тру­бах.

Считаем, что переохлаждения конденсата нет. Расчет поверх­ности проводим отдельно для каждой зоны (рис. 2).

1.1 Определяем параметры теплоносителей при средних темпера­турах воды и пара

tв.ср=0,5(t`в+t``в), 0С,

где t’в - температура воды на входе в подогреватель, °С;

(t`в=20,5°С),

t”в - температура воды на выходе из подогревателя, °С,

(t``в=89,6°С),

tв.ср=0,5(20,5+89,6)=55,05 0С,

tп.ср=0,5(tп+ts), 0С,

где tп. - температура перегретого пара, °С; (tп=175 °С),

ts - температура насы­щенного пара, °С, (ts=160 °С),

tп.ср=0,5(175+160)=167,5 оС,

По таблицам физических свойств воды и водяного пара опре­делим их основные параметры.

При tв.ср. определяем следующие справочные данные:

Св= 4,183 -теплоемкость воды;

rв=986,19 - плотность воды;

uв=0,5 10-6-коэфициент кинематической вязкости;

lв=0,653 - коэффициент теплопроводности;

Рrв =3- число Прандтля.

При tn.ср. определяем:

Сn=2,49 - теплоемкость пара;


rп=3,9 - плотность пара;

uп=3,7 10-6 -коэффициент кинематической вязкости пара;

lп=0,0316 - коэффициент теплопроводности;

Рrп =1,2- число Прандтля.

1.2 Определяем количество теплоты, передаваемой паром воде,

, кВт

где Gв - объемный расход воды, ; (Gв=0,0567),

Св - теплоемкость воды, ; (Св=4,183),

Q=0,0567 986,19 4,183(89,6-20,5)=17008.2 кВт.

Вычисляем количество теплоты, передаваемой паром воде в 1-и зоне,

Q 1 = D nЧ С nЧ( tп – t s), кВт ,

где Dп - массовый расход пара, ; (Dп=8,14),

Сп- теплоемкость пара, ; (Сn=2,49 ),

1.3 Определяем расход пара

, ,

где r-теплота парообразования, определяемая по температуре насыщения

пара, .

Dп==8,13 ;

Q1=8,13 2,49 (175-160)=303.841 кВт.

1.4 Определяем количество теплоты, передаваемой паром воде во 2-й зоне,

Q2=DnЧr, кВт.

Q2=8,13 2053,4=16704.35 кВт.

Проверим полученное значение переданной теплоты паром воде:

Q=Q1+Q2, кВт.

Q=303.841+16704,35=17008.2 кВт.

Выберем произвольно диаметр трубок и скорость воды в них:

материал: сталь (задан) lст=38 ;

скорость воды: wв =1,6 ;

толщина стенок трубок: dС Т =1 мм.


1.5 Определяем коэффициент теплоотдачи от внутренней поверх­ности стенки трубки к водe

, ,

где ж - коэффициент теплопроводности воды, ;

(lв=0,653),

Nu - критерий Нуссельта для воды; (Nu=317,5),

dвн - внутренний диаметр тру­бок, м, ( dвн=0,027 м),

1.6 Определим режим течения воды в трубах

,

где Re - критерий Рейнольдса; (Re=86400),

в - коэффициент кинематической вязкости воды, ;

(uв=0,5 10-6 ),

в - скорость воды в трубках, ,(ωв=1,6),

Re==86400

Если Re >104, то режим течения - турбулентный. Критерий Нуссельта для турбулентного режима течения воды в трубках оп­ределяется по следующей формуле:

Nu ж = 0,023 Re 0,8 Рr 0,4 /

где Рr - число Прандтля для воды; - поправочный коэффициент. Если >50, то / =1, ℓ - длина трубок.

Полученные результаты подставляем в формулу, вычисляем количество трубок

Nuж=0,023 864000,8 30,4 1=317,5;

αж==41470 ;

, шт

Принимаем: шаг между трубками S= 1,4Чd н =1,4x0,029=0,0406, м; кольцевой зазор между крайними трубками и корпусом аппарата К = 10 мм.

шт.

Выбираем стандартное количество трубок, близкое к полу­ченному значению nст=91 , шт.

1.7 Определяем (по прил. 17) при n, шт. Отсюда определяем диаметр трубной решетки D'=0,406, м.

Внутренний диаметр корпуса составит

Dвн = D' + dн + 2К, м.

DBH=0,406+0,029+0,02=0,455 м.

1.8 Рассчитаем поверхность теплообмена в 1-й зоне.

1.8.1 Определяем площадь межтрубного пространства для прохода пара:

, м2

fм.п==0,455 м.

Определяем скорость пара в межтрубном пространстве

,

где ρп - плотность пара, ;(rп=3,9),

Dп - массовый расход пара, ;(Dп=8,13),

ωп==20.36.

1.8.2 Определяем коэффициент теплоотдачи от пара к трубе

,

где Nuп - критерий Нуссельта для пара;(Nuп=474,36),

λп - коэффициент тепло­проводности пара, ;(lп=0,0316 ),

dЭ - эквивалентный диаметр, м,(dэ=0,04 м),

1.8.3 Вычисляем эквивалентный диаметр

, м

где U - смоченный периметр, м, (U=9,7 м),

1.8.4 Определяем смоченный периметр

, М

U=3,14[0,455+91 0,029]=9,7 м;

dэ==0,04

1.8.5 Определяем режим течения пара в межтрубном пространстве

,

где Reп - критерий Рейнольдса для пара; (Re=225621,6),

νп - коэффициент кинема­тической вязкости пара, , (uп=3,7 10-6 ),

Reп==232113.196

Если Re> 104 - режим течения турбулентный. Тогда критерий Нуссельта для пара составит

где Ргп - критерий Прандтля для пара.

Полученные результаты подставляем в формулу.

Nuп=0,023 232113.1960,8 1,20,4=485.244;

αп==36356.0798.

1.9 Вычисляем коэффициент теплопередачи в 1- и зоне

, ,

где δст-толщина трубки, м; (δст=0,001 м),

δн = 0,2-толщина накипи, мм;

λст-коэффициент теплопроводности материала трубки, ;

ст=38),

λн=3,49 коэффициент теплопроводности накипи, .

k=.

1.10 Определяем температурный напор в 1-й зоне

, 0С ,

где t``` - температура воды на границе между зонами, °С,(t```=88,37 oC),

, 0C ,

t```==88,37 oC ;

Δt1==78.32 oC.


1.11 Поверхность теплообмена первой зоны составит

, м2,

F1==0,431144 м2.

1.12 Рассчитаем поверхность теплообмена во 2-й зоне.

Будем считать, что в этой зоне коэффициент теплоотдачи от внутренней стенки трубки к жидкости равен коэффициенту тепло­отдачи в 1-ой зоне. Это допустимо, так как свойства воды во 2-й зоне мало отличаются от свойств воды в 1-й зоне.

Определим коэффициент теплопередачи для 2-й зоны k2 гра­фоаналитическим методом. Для этого предварительно находим для различных участков перехода теплоты зависимость между удель­ным тепловым потоком q и перепадом температур Δt.

1.12.1 Передача теплоты от пара к стенке.

1.12.2 Определяем удельный тепловой поток

, ,

где В' - безразмерный коэффициент; (В`=16557,04),

hтр - предполагаемая высота трубок, м, (hтр=4 м),

Вычисляем безразмерный коэффициент

,

В`=1,34 [5700+56 160-0,09 1602]=16557,04;

q1==308.215.

Задавшись рядом значений Δt1, вычислим соответствующие им величины Δt10,75 и q1. Строим кривую (рис. 3).

Таблица 1

Δt1

10 20 30 40 50 60

Δt10.75

5,6 9,5 12,8 15,9 18,8 21,6

q1

65.837 110.723 150.075 186.214 220.138 252.395

1.13 Передача теплоты через стенку.

1.13.1 Определяем плотность теплового потока

, ,

Задавшись двумя значениями Δt2, вычисляем соответствую­щие им величины q2. Строим кривую (рис. 3).


Таблица 2

Δt2

5 10 15 20

q2

190 380 570 760

1.14 Передача теплоты через накипь.

1.14.1 Вычисляем удельный тепловой поток

, ,

Задавшись двумя значениями Δt3, определим соответствую­щие им величины q3. Строим кривую (рис. 3).

Таблица 3

Δt3

5 10 20 30 40

q3

87,25 174,5 349 523,5 698

1.15 Передача теплоты от накипи к воде.

1.15.1 Вычисляем удельный тепловой поток

, ,

Задавшись двумя значениями Δt4, определим соответствую­щие им величины q4. Строим кривую (рис. 3).

Таблица 4

Δt4

5 10 15 20

q4

38,5 77 115,5 154

1.16 Рассчитаем средний температурный напор во 2-й зоне

,°С.

Δt2==71.015427 oС;

q2==2698.586.

Складываем ординаты четырех зависимостей, строим кривую температурных перепадов. На оси ординат из точки, соответст­вующей Δt2, проводим прямую, параллельную оси абсцисс, до пере­сечения с кривой . Из точки пересечения опускаем перпендикуляр на ось абсцисс и находим значение удельного теплово­го потока qгр, .

Σt=51+5.96+12.98+0.0005463=70.89 oC;

qГР=226.536.

1.17 Определяем коэффициент теплопередачи во 2-й зоне

, .

K==3189.958.

1.18 Поверхность теплообмена во 2-й зоне составит

, м2 .

F2==73.7 м2.

1.19 Определяем суммарную поверхность теплообмена

F=F1+F2 , м2.

F=73.7+0,431144 =74.169 м2.

1.20 Вычисляем длину трубок

, м,

где dср - средний диаметр трубок, м; (dср =0,028 м)

, м

dср==0,028 м;

L==9 м.

Не рекомендуется устанавливать трубки длиной более 5 м. Следовательно, необходимо уменьшить длину трубок. Для этого выбираем многоходовой подогреватель. Тогда общее число трубок составит

, шт. ,

где m - число ходов теплообменника, (m=2);

n2=65 2=130шт.

При nс=187 шт., определяем D`=0,5684 м.

Проведем повторный расчет уже для многоходового тепло­обменника по формулам.

Внутренний диаметр корпуса составит

Dвн = D' + dн + 2К, м.

DBH=0,5684+0,029+0,02=0,6174 м.

1.21 Рассчитаем поверхность теплообмена в 1-й зоне.


1.21.1 Определяем площадь межтрубного пространства для прохода пара:

, м2

fм.п==0,176 м2.

Определяем скорость пара в межтрубном пространстве

,

где ρп - плотность пара, ; (rп=3,9),

Dп - массовый расход пара,

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
Подробнее

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: