Таблица 1 – Исходные данные
Номер варианта | Распо-ложение труб | Матер. | ||||||||
1,5 | - | Г | С |
Греющий теплоноситель - дымовые газы, которые движутся в межтрубном пространстве.
Нагреваемый теплоноситель - вода, которая движется по внутренней трубе. Теплообменник выполнен из металлических труб.
Параметры:
- начальная температура греющего теплоносителя, ;
- конечная температура греющего теплоносителя, ;
- начальная температура нагреваемого теплоносителя, ;
- конечная температура нагреваемого теплоносителя, ;
- расход греющего теплоносителя, ;
- расход нагреваемого теплоносителя, ;
- коэффициент теплоотдачи от греющего теплоносителя к поверхности внутренней трубы, ;
- коэффициент теплоотдачи от поверхности внутренней трубы к нагреваемому теплоносителю, ;
- внутренний и наружный диаметр внутренней трубы, , , ;
- толщина стенки труб, ;
материал труб: сталь - ; латунь - ;
расположение труб: горизонтальное - ; вертикальное - ;
- коэффициент теплопроводности материала стенки труб, , сталь - 50; латунь - 100.
Тепловая мощность рекуперативного теплообменника:
(1)
где - массовые расходы теплоносителей (греющего и нагреваемого), ;
- удельная теплоемкость (при ) греющего и нагреваемого теплоносителя,
- поверхностный теплообменника;
Расход теплоносителя:
(2)
Средний температурный напор:
Средний температурный напор:
- при
(3.а)
- при
(3.б)
где - температурный перепад теплоносителей соответственно средний, больший и меньший на концах теплообменника, ;
Прямоток: ,
Противоток: ,
Коэффициент теплопередачи:
(4)
(5)
где - коэффициент теплоотдачи от греющего теплоносителя к поверхности внутренней трубы, ;
- коэффициент теплоотдачи от поверхности внутренней трубы к нагреваемому теплоносителю, ;
- толщина стенки трубы, ;
- коэффициент теплопроводности материала стенки трубы, ;
- внутренний, наружный и средний диаметр внутренней трубы, ;
Так как , следовательно,
Погрешность при определении коэффициента теплопередачи:
следовательно, в расчет принимаем коэффициент теплопередачи по формуле (4)
Площадь поверхности нагрева:
(6)
где - коэффициент теплопередачи теплообменника, ;
Прямоток:
Противоток:
Рисунок 1 - График изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена и принципиальная схема теплообменника: а - прямоточная схема движения теплоносителей; б - противоточная схема движения теплоносителей.
Вывод
Поверхность нагрева при противотоке меньше, чем при прямотоке , так как средняя температура при противотоке больше, чем при прямотоке
Устройства, предназначенные для передачи теплоты от одной среды к другой, называют теплообменными аппаратами или теплообменниками.
Теплообменные аппараты бывают поверхностные (рекуперативные и регенеративные), контактные (смесительные), с внутренними источниками теплоты.
Существуют следующие схемы движения теплоносителей в теплообменных аппаратах:
- прямоточные теплообменники, когда теплоносители движутся в одном направлении;
- противоточные теплообменники, когда теплоносители движутся в противоположных направлениях;
- смешанные теплообменники, когда в одних частях теплообменника - прямоточное движение, в других - противоточное;
- перекрестные, когда в теплообменниках теплоносители движутся в перекрестном направлении.
В основу теплового расчета теплообменников положены уравнение теплового баланса и уравнение теплопередачи.
В рекуперативном теплообменнике «труба в трубе» происходят следующие процессы передачи теплоты:
- от горячего теплоносителя к внешней стенке внутренней трубы - конвекцией и тепловым излучением;
- через стенку внутренней поверхности - теплопроводностью;
- от внутренней поверхности внутренней трубы к холодному теплоносителю - конвекцией и тепловым излучением.
Рассчитывать коэффициент теплопередачи по формулам плоской пластина можно при или когда погрешность, при определении коэффициента теплопередачи по формулам для плоской стенки и круглой составляет не более .
Список использованной литературы
1. Круглов Г.А., Булгакова Р.И.. Круглова Е.С. Теплотехника: учебное пособие. СПб.: Издательство «Лань», 2010. – 208 с.
2. Амерханов Р.А., Драганов Б.Х. Теплотехника: Учеб. пособие для вузов. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 2006. – 432 с.