- •5.Тепловой и компоновочный расчёты спирального теплообменника
- •2. Тепловой расчет спирального теплообменника. Основные размеры канала спирального теплообменника и скорости движения теплоносителей.
- •2.2. Определим коэффициент теплопередачи.
- •2.2.1. Гидравлический диаметр каналов для движения воды и бензола
- •Приближение №1.
- •Приближение №2.
- •3.1. Геометрический и компоновочный расчет матрицы спирального теплообменника.
- •3.1.2. Определим количество витков внутренней спирали - n1
- •4.Эскизный проект рассчитанного спирального теплообменника
- •4. Основы инженерных тепловых и компоновочных расчётов теплообменных аппаратов
- •4.1 Основные понятия и определения процессов переноса теплоты.
- •4.2. Основные положения теплопроводности; гипотеза Фурье.
- •4.3. Основные положения конвективной теплоотдачи.
- •4.3.1. Закон Ньютона - Рихмана.
- •4.3.2. Теория подобия
- •4.3.2.1. Основные положения теории подобия.
- •4.3.2.2. Пример использования теории подобия.
- •4.4. Основные положения теплового и компоновочного расчётов теплообменных аппаратов.
- •4.4.1. Основные понятия и определения, формулировка задачи.
- •4.4.2. Уравнение теплового баланса
- •4.4.3. Уравнение теплопередачи
- •1.Введение
- •2.Исходные данные
- •3.Описание спирального теплообменника
- •3.1Устройство и принцип работы.
- •3.2.Возможные конфигурации потоков
- •3.3.Технические характеристики спиральных теплообменников:
- •Обслуживание и чистка
- •3.4.Экономичность спиральных теплообменников:
- •3.5.Сферы применения спиральных теплообменников:
- •3.6.Задачи, решаемые помощью спиральных теплообменников:
- •3.7.Рабочие среды спиральных теплообменников:
- •3.8.Основные технические характеристики
- •Содержание
- •Курсовая работа
- •6.Список используемой литературы и электронных ресурсов
4.3.2.2. Пример использования теории подобия.
Следует иметь в виду, что весьма сложная математическая модель описания конвективной теплоотдачи в общем случае не позволяет выполнить точное моделирование всех процессов. Поэтому в курсовой работе используются упрощенные приёмы теории подобия.
Пусть необходимо вычислить коэффициент теплоотдачи при течении воды в трубках водяного подогревателя. Массовый расход воды равен G = 16670кг/час, её плотность – ρ = 1000кг/м3 , температура воды t = 110°С. Площадь сечения всех трубок теплообменника равна f = 0,00507м2, а внутренний диаметр одной трубки – d = 13,2мм.
Определяем число Рейнольдса при течении воды в трубках (для идентификации режима течения жидкости и установления динамического условия однозначности).
Re = w*d/ν,
где:
w = G/(ρ*f) = 16670/(3600*1000*0,00507) = 0,913м/с – скорость течения воды в трубках.
По таблице №1 приложения методического пособия определяем кинематический коэффициент вязкости воды при температуре t = 110°С – ν = 0,27210-6м2/c и число Прандтля воды – Pr = 1,6.
Тогда, число Рейнольдса
Re = 0,913*0.0132/0,27210-6м2 = 44300
При таком числе Рейнольдса наблюдается развитое турбулентное течение воды и потому влиянием естественной конвекции на теплоотдачу можно пренебречь. Такой физической модели течения воды соответствует критериальная зависимость для определения теплоотдачи
Nu = 0,021*Re0,8*Pr0,43
В этой зависимости использовано среднее по длине трубы значение числа Нуссельта и, следовательно, в результате будет получено среднеинтегральное значение коэффициента теплоотдачи. Кроме того, эта зависимость не учитывает переменность свойств капельной жидкости в зависимости от температуры. Это следует иметь в виду, т.к. эти факторы различают реальную физическую модель и условия эксперимента.
Итак, Nu = 0,021*443000.8*1,60.43 = 134
и коэффициент теплоотдачи
α = Nu*λ/d = 134*0,685/0,0132 = 6950Вт/(м2*°С)
В этой зависимости λ = 0,685Вт/(м*°С) – коэффициент теплопроводности воды (таблица №1, Приложение).
Итак, приведен пример, который наглядно показывает, насколько существенно теория подобия упрощает расчёты конвективной теплоотдачи.
4.4. Основные положения теплового и компоновочного расчётов теплообменных аппаратов.
4.4.1. Основные понятия и определения, формулировка задачи.
В предлагаемых курсовых работах расчёту подлежат теплообменные аппараты (или теплообменники), называемые рекуператорами. Рекуператоры – это теплообменники, в которых две текучие среды, имеющие разные температуры, обмениваются теплотой через разделяющую их стенку. Эти среды - теплоносители - могут быть как жидкими, так и газообразными веществами. В процессе переноса теплоты они могут сохранять, но могут и изменять своё фазовое состояние – в теплообменном аппарате может происходить процесс кипения жидкости или процесс конденсации газа.
Процессы в теплообменных аппаратах могут происходить как стационарные, так и нестационарные – неустановившиеся. В предлагаемых курсовых работах рассматриваются стационарные рекуператоры.
В рекуперативных теплообменниках процесс распространения теплоты в пространстве осуществляется теплопередачей. Каждый из двух текучих теплоносителей при движении в теплообменнике обменивается теплотой с его стенкой в результате конвективной теплоотдачи, а через стенку теплота распространяется теплопроводностью. Таким образом, одно из уравнений, описывающих процесс распространения теплоты в рекуператоре – это уравнение теплопередачи.
Понятно также, что при распространении теплоты в рекуператоре один из теплоносителей отдаёт тепло, а второй именно это количество тепла воспринимает. Отсюда следует, что вторым уравнением для расчёта теплообменного аппарата должно служить уравнение теплового баланса.
Таким образом, тепловой расчёт рекуператора сводится к совместному решению уравнений теплового баланса и теплопередачи.