Теплофизика

Следовательно, (20)Скорость перемещения греющего теплоносителя в межтрубном пространстве (21)Можно подметить, что приобретенные скорости перемещения теплоносителей вмещаются в подходящий диапазон. Поперечное сечение и расчетная длина теплообменного аппаратаблизки к размерам стандартных секционных теплообменников. Значит, полученные итоги можно взять за базу последующих расчетов.2.2.3. Расчет коэффициента теплопередачи и площади поверхности теплообменаПоследующий этап расчета состоит в установлении коэффициента теплопередачи, площади поверхности теплообмена и длины трубного пучка. Геометрию поперечного сечения теплообменного аппарата при этом оставляем неизменной.Для средней температуры подогреваемого теплоносителяиз таблицы теплофизических свойств воды (табл. 2.2), интерполируя, определяем: коэффициент теплопроводности  Вт/(мК); кинематический коэффициент вязкости  м2/с; число Прандтля Так как подразумеваем сделать теплопередающие трубки из меди, изменение температуры по толщине поверхности теплообмена мало. Кроме того, прогнозируемые значения коэффициентов теплоотдачи имеют один и тот же порядок. Следовательно в первом приближении станем полагать:Для данной температуры из таблицы теплофизических свойств воды, интерполируя, определяем число Прандтля при температуре стенки со стороны подогревающего и со стороны подогреваемого теплоносителей:Находим коэффициент теплоотдачи к подогреваемому теплоносителю, передвигающемуся в трубках. Для расчета позволительно применять какую либо формулу для нахождения среднего коэффициента теплоотдачи при перемещении жидкости в трубе. В таковых формулах определяющим критерием подобия считается число Рейнольдса. Применительно к разрешаемой задаче оно равно (22)Так как число Рейнольдса больше его критического значения, т.е. , режим течения в трубах турбулентный. Следовательно применимоуравнение М.А. Михеева [1]: (23)Подставляя в формулу численные значения, определим число Нуссельта: (24)В итоге получим численное значение среднего по поверхности теплообмена коэффициента теплоотдачи от стенки к нагреваемой жидкости:Вт/(м2К). (25)Дальше определяем средний по поверхности теплообмена коэффициент теплоотдачи от подогревающего теплоносителя, передвигающегося в межтрубном пространстве. Для средней температуры подогревающего теплоносителяиз таблицы теплофизических свойств воды (табл. 2.2) определим: коэффициент теплопроводности  Вт/(мК); кинематический коэффициент вязкости  м2/с; число Прандтля .Для каналов сложной геометрии в качестве характерного размера можно применять эквивалентный диаметргде — площадь сечения, через которое проходит теплоноситель, м2; — смоченный периметр поперечного сечения, м.Употребительно к разрешаемой задаче, в согласовании рис. 2.2, эквивалентный диаметр канала, по которому движется греющий теплоноситель:Число Рейнольдса для потока греющего теплоносителяРассчитываем число Нуссельта для греющего теплоносителя:Коэффициент теплоотдачи от греющего теплоносителя:Вт/(м2К).С учетом того, что толщина стенки теплопередающих трубок  м, а коэффициент теплопроводности латуни, из которой они будут произведены  Вт/(м·К), определяем коэффициент теплопередачиТак как в рассматриваемом случае то, с достаточной точностью можно вести расчет, применяем среднюю арифметическую разницу температур:Средняя плотность передаваемого теплового потокаТемпература наружной поверхности теплопередающей трубыТемпература внутренней поверхности теплопередающей трубыИз полученных численных значений температур внешней и внутренней поверхностей теплопередающих труб видно, что они отличаютсянесущественно. Поэтому, число Прандтля при температуре жидкости равной температуре стенки можно взять из таблицы теплофизических свойств воды, полагая, что . В итоге получаем уточненные значения .Теперь можно определить уточненное соотношение:(в первом приближении было принято: Точно так же определяем уточненное соотношение(в первом приближении было принято: Таковым образом, теперь можно перейти к заключительной стадии проектного расчета — окончательному нахождению поверхности теплообмена и длины трубного пучка:2.3. Поверочный расчет теплообменникаПоверочный расчет состоит в том, что для обычного или опять разработанного теплообменника при известных затратах греющего и подогреваемого теплоносителей G1, G2, их исходных температурах t′1, t′2 и площади поверхности теплообмена F потребуется найти окончательные значения температур теплоносителей t″1, t″2, а также передаваемый тепловой поток. Известно [4], что окончательные температуры двух теплоносителей t″1 и t″2 можно подсчитать с помощью уравненийгде E —эффективность теплообменного аппарата, т.е. отношение теплового потока, передаваемого в теплообменном аппарате в действительности к его теоретически максимально вероятной величине;  — теплоемкость греющего и нагреваемого теплоносителя;  — наименьшее из произведений  и . В технической литературе данный произведения традиционно называют водяными эквивалентами и, соответственно, обозначают индексами С1 и С2.В случае прямоточной схемы перемещения теплоносителей общее решение формул теплопередачи и теплового баланса дает последующее выражение для производительности теплообменного агрегата:(26)где ; ; ;N —число единиц переноса; Cmin, Cmax— меньший и больший водяной эквивалент теплоносителей.В случае противоточной схемы движения теплоносителей(27)Применительно к разрешаемой задаче имеем:(28)Сконструированный теплообменный аппаратвыполнен по противоточной схеме перемещения теплоносителей. Поэтому имеем:В итогетемпературы греющего и нагреваемого теплоносителей на выходе из теплообменного аппарата соответственно равны:Вывод.Итоги поверочного расчета подтверждают соответствие проектного расчета начальным требованиям на проектирование теплообменного аппарата.ЗаключениеПриведенная методика проектного расчета теплообменного аппарата дает представление о предпосылках и очередности определения главных геометрических размеров теплообменного аппарата, соответственных начальным данным на проектирование.Рассмотренный способ поверочного расчета теплообменника дает возможность установить температуры греющего и нагреваемого теплоносителей на выходе из теплообменного аппарата, если известны их расходы и начальные температуры, а также главные геометрические размеры теплообменного аппарата.Список используемой литературы1. Бакластов А.М. Промышленные тепломассообменные процессы и установки / А.М. Бакластов, В.А. Горбенко, О.Л. Данилов и др.—М.: Энергоатомиздат, 1986.—328 с.2. Будников Г.В. Проектирование топок промышленных парогенераторов. - Куйбышев: Авиационный институт,-1980 г.3. Гусев Ю.Л. Основы проектирования котельных установок.- М.: Стройиздат, 1973.- 248с.4. Эстеркин Ю.М. Промышленные парогенерирующие установки.: Энергия,-1980 г.5. Исаченко В.П. Теплопередача / В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел.—М.: Энергоиздат, 1981.—416 с.6.Калинин А.Ф, «Расчет и выбор конструкции кожухотрубного теплообменного аппарата» Москва, «РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина» 2002;7. Краснощеков Е.А. Задачник по теплопередаче.—М.:Энергия,1980.—288 с.8. Котлы малой и средней мощности и топочные устройства. Вишерская Г.М. и др. Отраслевой каталог. Москва, 1993 год.9. Липов Ю.М. Компоновка и тепловой расчет парового котла.-М.: Энергоатомоиздат,-1988 г.10. Лебедев В.Я. и др. Расчет и проектирование теплоиспользующего оборудования. Методическое пособие кафедры, Иваново, 1992 г.11. Основные процессы и аппараты химической технологии (Под редакцией Ю.И. Дытнерского – Москва, Химия, 1983 г.) – Пособие по проектированию12. М.И. Пасманик, Б.А. Сасс-Тисовский, Л.М. Якименко. Производство хлора и каустической соды. Справочник, Москва, издательство «Химия», 1966 г.13. К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л. Химия, 1987 г.14. Поршаков Б.П., «Термодинамика и теплопередача» Москва, «Недра» 1987;15. Ривкин С.Л., Александров А.А. Теплофизические свойства воды и водяного пара.- М.: Энергия, 1960.- 424с.16. Н.Ю. Смирнов и др. Разработка конструкции химического аппарата и его графической модели (чертежа общего вида). Методические указания № 887, Иваново, 2004 г.17. Сидельковский Л.Н., Юренев. В.Н. Котельные установки промышленных предприятий: Учебник для вузов. – 3-е изд., перераб. – М .: Энергоатомиздат, 1988. – 518 с.:ил. 18. Справочник по теплообменникам, т. 2 / пер. с англ. под ред. О.Г. Мартыненко и др.—М.: Энергоатомиздат, 1987.—352 с.19. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод). Издание 2-е, переработанное / Под редакцией Кузнецова Н.В. и др.- М.: Энергия, 1973.-296с.20. Трошин А.К., «Термодинамические и теплофизические свойства рабочих тел теплоэнергетических установок» Москва, «МПА - Пресс» 2006;