Тепловой расчет

Решение

1. Количество тепла, передаваемого в единицу времени:

2. Расход нагреваемого масла, исходя из возможностей нагревания его заданным количеством пара, составит:

кг/с = 0,0292 м³/с

3. Средний логарифмический температурный напор при заданных начальных и конечных температурах сред:

схема потоков:

С

4. Принимаем удельную тепловую нагрузку приближенно q = 60000 Вт/м² и определим в зависимости от нее критерий Рейнольдса для стекающей пленки конденсата по формуле:

5. Критерий Нуссельта для пластин ПР-0,5М определится по формуле (14):

6. Коэффициент теплоотдачи от пленки конденсата к стенке при том составляет:

Вт/(м²·°С)

7. Для ориентировочного расчета рациональной величины скорости масла принимаем ξ₂ = 3,0; α₂ = 800 Вт/(м²·°С):

°С

Используя формулу (23) получаем:

м/с

8. Определяем критерий Рейнольдса для потока масла при этом значении скорости:

9. Проверяем принятый коэффициент общего гидравлического сопротивления:

10. Поскольку его значение отличается от принятого, сделаем поправочный пересчет скорости:

м/с

11. Критерий Рейнольдса после уточнения составляет:

12. Критерий Нуссельта со стороны потока масла определяем по формуле (5):

где Pr_ст = 121 при температуре стенки 96,5 °С.

13. Коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемому маслу при этом:

Вт/(м²·°С)

14. Определяем средний коэффициент теплопередачи в аппарате:

Вт/(м²·°С)

15. Находим поверхность теплопередачи в первом приближении:

м²

16. Принимаем стандартную величину поверхности F_a = 50 м² и проверяем величину удельной тепловой нагрузки:

Вт/м²

17. При этом Re_к для пленки конденсата:

18. Уточняем число Нуссельта для пленки конденсата и находим уточненное значение коэффициента теплоотдачи:

;

Вт/(м²·°С)

Компоновочный расчет и анализ работы аппарата

при двух вариантах компоновки

1. Определим площадь поперечного сечения пакета со стороны масла:

м²

Найдем число каналов в одном пакете для масла:

, принимаем m = 31.

2. При полученном числе каналов число пластин в одном пакете для масла:

3. Поверхность теплообмена одного пакета определяется как:

4. Число пакетов со стороны масла в аппарате:

.

Число пакетов не может быть дробным, поэтому рассмотрим два варианта: Х₂ = 1 и Х₂ = 2.

Исследуем первый вариант, при котором, исходя из общего числа пластин в аппарате, равном:

м²

можем выбрать компоновку

5. При этом фактическая площадь поперечного сечения пакета со стороны масла:

м²

6. Фактическая скорость движения масла в каналах:

м/с

7. Определяем при этих условиях следующие параметры:

;

;

Вт/(м²·°С);

Вт/(м²·°С);

м²

Из расчета видно, что общая рабочая поверхность аппарата увеличилась вследствие уменьшения скорости масла.

8. Общее гидравлическое сопротивление конденсатора по стороне масла:

,

где согласно формуле (13)

кПа (1390 кгс/м²)

Сопоставление расчетного гидравлического сопротивления ΔР₂ = 13,9 кПа (1390 кгс/м²) и располагаемого напора по условию ΔР₂ = 100 кПа (10000 кгс/м²) показывает, что располагаемый напор не использован в ущерб процессу теплоотдачи.

9. Анализируем второй вариант, при котором Х2 = 2. Схему компоновки принимаем:

10. Вычисляем основные параметры процесса и аппарата при втором варианте компоновки:

площадь поперечного сечения пакета со стороны потока масла равна:

м2

скорость потока масла:

м/с

критерий Рейнольдса:

критерий Нуссельта:

коэффициент теплоотдачи от стенки к потоку масла:

Вт/(м²·°С)

коэффициент теплопередачи:

Вт/(м²·°С)

Потребная рабочая поверхность аппарата:

м²

Коэффициент сопротивления единицы относительной длины канала:

Гидравлическое сопротивление тракта движения масла через аппарат:

кПа (9820 кгс/м²)

При данном варианте располагаемый напор используется достаточно полно.

Таким образом, расчет показал, что заданному условию наиболее полного использования располагаемого напора соответствует стандартный конденсатор F_a = 50 м² со схемой компоновки .

При этом требуется поверхность на 26% меньшая, чем при недоиспользовании напора при однопакетной схеме компоновки.

Таблица 2 – Термические сопротивления загрязнений

Среда	Rз, м^2·К/Вт
Рабочая среда
Вода техническая	0,00023
Вода дистиллированная	0,00004
Алюминатный раствор	0,00015
Органические жидкости	0,00011
Хладоносители	0,00010
Щелочные растворы (МЭА)	0,00040
Жидкие хладагенты	0,00007
Углеводороды хлорированные	0,00010
Сжатый воздух	0,00040
Соляная, фосфорная или серная кислота	0,00005
Нефть ниже 260° С	0,00020
Нефтепродукты чистые	0,00020
Природный газ	0,00040
Сероуглерод	0,00020
Среда	Rз, м^2·К/Вт
Низкокипящие углеводороды	0,00020
Аммиак	0,00020
Ацетон	0,00010
Тощие абсорбенты	0,00040
Органические теплоносители	0,00020
Масло машинное и трансформаторное	0,00015
Масло растительное	0,00031
Масло топливное	0,00051
Бензин, керосин	0,00010
Мазут	0,00050
Газы пиролиза с примесью смол	0,00200
Дымовые газы	0,00060
Раствор каустической соды	0,00020
Растворы солей с примесью смол или масел	0,00050
Растворы солей	0,00020
Загрязнения толщиной слоя 0,5 мм
Гипс	0,00083
Железный купорос	0,00100
Известь	0,000415
Кокс	0,000715
Лед	0,000250
Смазочное масло	0,004200
Накипь	0,000330
Ржавчина	0,000500
Сажа	0,010000
Хлористый кальций	0,000800
Хлористый натрий	0,000165

6. ЗАДАНИЯ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ ПО КУРСУ «ТЕПЛОМАССООБМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ»

№ задания	Среда 1	Среда 2	Процесс
продукт	G, кг/с	tнач, ºC	tкон, ºC	ΔР, кПа	продукт	G, кг/с	tнач, ºC	tкон, ºC	ΔР, кПа
	Серная кислота					вода					Охлаждение
	Водяной пар конденсирующийся	1.5				Масло машинное					Подогрев
	1,75
	1,25
	2,0
	1.5
	1,75
	1,25
	2,0

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Антуфьев, В.М. Эффективность различных форм конвективных поверхностей нагрева / В.М. Антуфьев – М.: Энергия, 1996. – 183 с.

2. Кейс, В.М. Компактные теплообменники / В.М. Кейс, А.Л. Лондон – М.: Госэнергоиздат, 1962. – 223 с.

3. Барановский, Н.В. Пластинчатые и спиральные теплообменники / Н.В. Барановский, Л.М. Коваленко, А.Р. Ястребенецкий – М.: Машиностроение, 1973. – 288 с.

Дата добавления: 2014-11-25