Материалы к выполнению курсовой работы. Расчёт и оптимизация теплообменного аппарата
.docКУРСОВАЯ РАБОТА.
РАСЧЕТ И ОПТИМИЗАЦИЯ НА ЭВМ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА
Цель работы. Ознакомление с классификацией теплообменных аппаратов (теплообменников), изучение основ их теплового и гидравлического расчета, анализ влияния различных параметров теплообменного аппарата на интенсивность теплообменных процессов.
Содержание. Тепловой и гидравлический расчет кожухотрубного теплообменного аппарата (без перегородок). Отыскание при помощи расчетов на ЭВМ такого сочетания геометрических размеров теплообменного аппарата, которое при заданном тепловом потоке и суммарной мощности на прокачивание теплоносителей по каналам теплообменного аппарата соответствует минимальной площади теплопередающей поверхности.
Перед выполнением курсовой работы необходимо ознакомиться с разделами, посвященными конвективному теплообмену и расчету теплообменных аппаратов в курсе «Теплопередача».
Задание для расчета. Определить требуемую площадь поверхности теплообмена F кожухотрубного теплообменника и суммарную мощность на прокачивание теплоносителей по его каналам N для охлаждения горячего теплоносителя с массовым расходом M1 от температуры на входе в теплообменный аппарат до температуры на выходе из него. Температура холодного теплоносителя (воды) на входе и на выходе из теплообменного аппарата равны соответственно и . Горячий теплоноситель движется внутри n труб с внутренним диаметром d1 равным 14 мм. Толщина стенки выполненных из нержавеющей стали марки 1Х18Н10Т труб - 1 мм. Вода обтекает трубы теплообменного аппарата про дольно, двигаясь в межтрубном канале, образованном наружными поверхностями труб и кожухом с внутренним диаметром D. Длина секции теплообменника L=2 м. |
Исходные данные для расчетов представлены в приложении 3.
Первая цифра номера варианта определяет расход горячего теплоносителя и размеры теплообменного аппарата, две вторые цифры — температура горячего теплоносителя и схема движения теплоносителей.
В приложении 4 представлены свойства жидких теплоносителей.
Порядок выполнения курсовой работы.
-
Ознакомиться с материалом рекомендуемой литературы.
-
В соответствии с заданным вариантом из таблиц 1 и 2 приложения 2 выписать исходные данные для расчетов.
3. На листе формата А4 изобразить схему секции кожухотрубчатого рекуперативного теплообменника.
4. Выполнить тепловой конструкторский расчет теплообменника, включающий в себя определение:
а) среднего температурного напора;
б) средних температур теплоносителей;
в) теплофизических свойств теплоносителей;
г) методом последовательных приближений
-
температур стенки со стороны каждого теплоносителя;
-
коэффициентов теплоотдачи;
-
коэффициента теплопередачи;
-
плотности теплового потока;
д) площади поверхности теплообмена;
-
Рассчитать и построить график изменения температур теплоносителей при движении вдоль поверхности теплообмена tf(F).
-
Выполнить гидравлический расчет теплообменника, включающий в себя определение:
а) суммарной длинны каналов теплообменника;
б) коэффициентов гидравлического сопротивления движению теплоносителей по каналам теплообменника;
в) перепадов давления в каналах;
г) мощности на прокачку теплоносителей по каналам;
д) требуемое число секций.
7. Определить коэффициент эффективности поверхности теплообмена.
8. Заполнить таблицу исходных данных (приложение 1).
9. Представить преподавателю на проверку результаты работы.
10. Выполнить расчет и оптимизацию теплообменника на ЭВМ.
11. Составить расчетно-пояснительную записку, содержащую:
а) исходные данные для расчета;
б) тепловой расчет;
в) гидравлический расчет;
г) схему секции теплообменного аппарата;
д) схему соединения необходимого количества секций;
е) график изменения температур теплоносителей;
ж) сравнительный анализ характеристик заданного и оптимизированного теплообменников.
12. Защитить курсовую работу.
Оптимизация теплообменника выполняется студентами самостоятельно с использованием готовой программы ОРТ, введенной в память ЭВМ. Студенты допускаются к работе на ЭВМ после расчета заданного варианта (пункты 1-7 порядка выполнения работы) и заполнения таблицы исходных данных для ввода в ЭВМ (приложение 1) с отметкой в ней преподавателя. Значения величин в таблице исходных данных представляются в единицах системы СИ без употребления кратных и дольных приставок таких, как мега, кило, санти, милли и др. При этом не допускаются пропуски или нулевые значения.
Работа на ЭВМ проводится в диалоговом режиме. При появлении на экране монитора сообщения необходимо ввести с клавиатуры требуемую информацию. Ответы должны быть либо Y — да, либо N — нет.
Наряду с исходными данными для расчета в ЭВМ вводится рассчитанное значение площади поверхности теплообмена для заданного варианта. В случае превышения относительной погрешности результата расчета выполненного студентом 20%, работа возвращается для исправления ошибок.
По результатам расчетов на ЭВМ проводится анализ влияния параметров теплообменного аппарата на интенсивность теплообменных процессов. Пример таблицы с результатами расчетов на ЭВМ, выдаваемой на экран дисплея, приведен в приложении 2.
Приложение 3.
Исходные данные для расчетов.
Таблица 1.
Номера вариантов |
101- 132 |
201- 232 |
301- 332 |
401- 432 . |
501- 532 |
601- 632 |
701- 732 |
801- 832 |
|
Расход горячего теплоносителя Mi, кг/с |
1,5 |
2,1 |
4,2 |
6 |
12 |
21 |
30 |
51 |
|
Внутренний диаметр кожуха D, м |
0,06 |
0,08 |
0,10 |
0,12 |
0,15 |
0,2 |
0,25 |
0,3 |
|
Число труб и, шт. |
4 |
7 |
12 |
19 |
37 |
64 |
109 |
151 |
|
Номера вариантов |
133-148 |
233-248 |
333-348 |
433-448 |
533-548 |
633-648 |
733-748 |
833-848 |
|
Расход горячего теплоносителя Mi, кг/с |
0,5 |
0,7 |
1,4 |
2 |
4 |
7 |
10 |
17 |
|
Внутренний диаметр кожуха D, м |
0,05 |
0,07 |
0,08 |
0,10 |
0,15 |
0,2 |
0,25 |
0,3 |
|
Число труб и, шт. |
4 |
7 |
12 |
19 |
37 |
64 |
109 |
151 |
Приложение 4
Свойства теплоносителей.
|
t, °с |
ρ, кг/м3 |
СР Дж/(кг-К) |
λ Вт/(м·К) |
μ, Па· с |
β, К-1 |
ВОДА |
20 |
998,2 |
4183 |
0,5990 |
0,001004 |
0,000182 |
40 |
992,2 |
4174 |
0,6350 |
0,0006533 |
0,000387 |
|
60 |
983,2 |
4176 |
0,6590 |
0,0004694 |
0,000511 |
|
80 |
971,8 |
4195 |
0,6740 |
0,0003551 |
0,000632 |
|
100 |
958,4 |
4220 |
0,6830 |
0,0002825 |
0,000752 |
|
ЭТАНОЛ |
78 |
757 |
3000 |
0,1536 |
0,0004287 |
0,00141 |
100 |
733,7 |
3300 |
0,1507 |
0,0003143 |
0,0016 |
|
120 |
709. |
3610 |
0,1465 |
0,000240 |
0,0019 |
|
140 |
680,3 |
3960 |
0,1419 |
0,0001855 |
0,00241 |
|
160 |
648,5 |
4650 |
0,1372 |
0,0001446 |
0,00313 |
|
БЕНЗОЛ |
80 |
823 |
1880 |
0,1310 |
0,000321 |
0,00115 |
102 |
798 |
1980 |
0,1260 |
0,000258 |
0,00137 |
|
127 |
767 |
2080 |
0,1190 |
0,000205 |
0,00167 |
|
152 |
735 |
2200 |
0,1120 |
0,000166 |
0,00202, |
|
177 |
699 |
2320 |
0,1,060 |
0,000138 |
0,00249 |
|
АЦЕТОН |
67 |
736 |
2320 |
0,1370 |
0,000213 |
0,00181 |
87 |
710 |
2420 |
0,1290 |
0,000188 |
0,00192 |
|
107 |
683 |
2530 |
0,1210 |
0,000165 |
0,00218 |
|
127 |
655 |
2650 |
0,1120 |
0,000141 |
0,0025 |
|
147 |
625 |
2830 |
0,1040 |
0,000119 |
0,00304 |
|
МЕТА- НОЛ |
65 |
751 |
2880 |
0,1914 |
0,000326 |
0,000182 |
80 |
735,5 |
3030 |
0,1870 |
0,000271 |
0,000387 |
|
100 |
714 |
3260 |
0,1813 |
0,0002-14 |
0,000511 |
|
120 |
690 |
3520 |
0,П85 |
0,00017 |
0,000632 |
|
140 |
664 |
3800 |
0,1700 |
0,000136 |
0,000752 |
|
МАСЛО МС-20 |
60 |
869,6 |
2165 |
0,1290 |
0,07985 |
0,000651 |
80 |
858,3 |
2227 |
0,1270 |
0,03365 |
0,00066 |
|
100 |
847 |
2290 |
0,1260 |
0,01717 |
0,000669 |
|
120 |
835,7 |
2353 |
0,1230 |
0,01010 |
0,000677 |
|
140 |
824,4 |
2420 |
0,1210 |
0,00618 |
0,000687 |
|
МАСЛО ТРАНС- ФОРМА- ТОРНОЕ |
60 |
856 |
1905 |
0,1072 |
0,004948 |
0,00071 |
80 |
843,9 |
2026 |
0,1056 |
0,003089 |
0,00072 |
|
100 |
831,8 |
2144 |
0,1038 |
0,002129 |
0,00073 |
|
120 |
825,7 |
2202 |
0,1030 |
0,001810 |
0,000735 |
|
140 |
819,6 |
"2261 |
0,1022 |
0,001574 |
0,00074 |
Список литературы:
-
Юдаев Б.Н. Техническая термодинамика. Теплопередача. М., 1988.
-
Исаченко В.П., ОсиповаВ.А., Сукомел А.С. Теплопередача. М., 1981.
-
Промышленная теплоэнергетика и теплотехника. / Под ред. Григорьева В.А., Зорина В.М.;М, 1983.