Разработка рекуперативного теплообменного аппарата для концевого охлаждения воздушно-компрессорной установки

Размещено на /

Содержание

1. Исходные данные

2. Математическая модель

2.1 Расчёт параметров теплоносителей

2.2 Полученные результаты

3. Теплофизические свойства теплоносителей

3.1 Горячий теплоноситель

3.2 Холодный теплоноситель

4. Эскизная компоновка теплообменника

5. Гидравлический и аэродинамический, тепловой расчёты

5.1 Холодный теплоноситель

5.1.1 Гидравлический расчёт

5.1.2 Тепловой расчёт

5.2 Горячий теплоноситель

5.2.1 Аэродинамический расчёт

5.2.2 Тепловой расчёт

6. Интенсификация теплообменного аппарата

Литература

1. Исходные данные

Цель: разработка рекуперативного теплообменного аппарата для концевого охлаждения воздушно-компрессорной установки.

Исходные данные приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Исходные данные согласно варианту

Принципиальная схема установки приведена на рис. 1.1.

2. Математическая модель

Уравнение состояния газа:

. (2.1)

Первый закон термодинамики:

. (2.2)

Работа компрессора в политропном приближении:

(2.3)

Уравнение аддитивности:

. (2.4)

Тепловой поток, отбираемый от горячего теплоносителя:

. (2.5)

Тепловой поток, передаваемый холодному теплоносителю:

. (2.6)

Средне логарифмический температурный напор:

, (2.7)

где ; .

Уравнение Ньютона – Рихмана:

. (2.8)

Коэффициент теплопередачи в I-м приближении:

(2.9)

Уравнение неразрывности:

. (2.10)

Число Рейнольдса:

. (2.11)

Коэффициент теплоотдачи для гладких труб:

. (2.12)

Коэффициент теплопередачи во II-м приближении:

. (2.13)

Степень эффективности ребра:

. (2.14)

Коэффициент межтрубного пространства:

. (2.15)

Коэффициент теплоотдачи от оребрённых труб:

. (2.16)

Коэффициент теплопередачи от оребрённых труб:

. (2.17)

Потери давления за счёт оребрения труб:

. (2.18)

2.1 Расчёт параметров теплоносителей

Из (2.1), плотность горячего теплоносителя на входе в компрессор:

где газовая постоянная для воздуха.

Массовый расход горячего теплоносителя:

.

Из уравнения политропного сжатия, определяем температуру горячего теплоносителя после процесса сжатия в компрессоре:

.

Заранее принимаем температуру горячего теплоносителя на выходе из теплообменного аппарата равной .

Считаем, что теплоемкость не сильно зависит от давления:

,

.

Согласно (2.4):

.

Тепловой поток, отбираемый от горячего теплоносителя, (2.5)

.

Заранее принимаем температуру холодного теплоносителя на выходе из теплообменного аппарата равной .

Теплоемкость холодного теплоносителя:

,

.

Согласно (2.4):

.

Принимаем, что потери отсутствуют при теплопередаче между холодным и горячим теплоносителями:

,

Из (2.5) найдём массовый расход холодного теплоносителя:

.

Удельная работа сжатия компрессора, (2.3):

.

Давление горячего теплоносителя на входе в теплообменный аппарат:

.

Давление горячего теплоносителя на выходе из теплообменного аппарата:

.

Допустимые потери давления для горячего теплоносителя:

.

2.2 Полученные результаты

Полученные результаты приведены в таблице 3.2 и 3.3.

Таблица 3.2 – Полученный результат для горячего теплоносителя

Таблица 3.3 – Полученный результат для холодного теплоносителя

3. Теплофизические свойства теплоносителей

3.1 Горячий теплоноситель

Параметры на входе в теплообменный аппарат.

Из уравнения (2.1), плотность теплоносителя:

,

где давление и температура берутся из табл. 3.2.

Среднее значение плотности горячего теплоносителя:

.

Средняя температура теплоносителя:

.

Принимаем, что теплофизические свойства вещества не зависят от давления в данном случае.

Для данной температуры , из [1] ст. 27 приведены значения в таблице 3.1.

Таблица 4.1 – Теплофизические свойства горячего теплоносителя

3.2 Холодный теплоноситель

Холодный теплоноситель – жидкость, параметры которой приведены ниже:

,

,

.

Теплофизические свойства холодного теплоносителя из [5, с. 78, приведены в таблице 3.2.

теплообменный аппарат расчет

Таблица 4.2 – Теплофизические свойства холодного теплоносителя

Принимаем перекрёстно-противоточную схему движения теплоносителей (четырёх кратную – это значит, что перегородок должно быть три штуки – х =3). Поправочный коэффициент определяем по монограмме [1] с. 12.

Поправочный множитель принимаем равным .

Средне логарифмический температурный напор (2.6)

.

где ; .

Учитывая поправочный множитель, .

Рисунок 3.1 – Противоточная схема движения теплоносителей

Из (2.7), площадь теплообмена:

,

где коэффициент теплопередачи (2.8):

,

где - коэффициенты, взятые из [1] с.9.

Результаты расчётов и теплофизические свойства теплоносителей приведены в таблице 3.3.

Таблица 4.3 – Результаты расчётов

4. Эскизная компоновка теплообменника

Скорость движения холодного теплоносителя (воды) в теплообменном аппарате принимаем равной .

Принимаем трубу с параметрами 18х2 мм из стандартного ряда. Материал труб Сталь 08 сп, теплопроводность которой при данных температурных условиях составляет , плотность , модуль упругости .

Химический состав труб Сталь 08 сп

Число труб в теплообменном аппарате:

.

Принимаем число труб , число ходов .

Уточнённая скорость движения холодного теплоносителя:

.

Длина трубы:

.

Для кожухотрубчастых аппаратов в зависимости от производительности длина трубы принимается в диапазоне .

Расстояние между трубами:

.

Диаметр входного патрубка для холодного теплоносителя:

.

Диаметр входного патрубка для горячего теплоносителя: