- •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
Приближение №1.
Принимаем температуру стенки канала со стороны бензола равной tст1 = 65,40C
Тогда, ∆tб = tк – tст1 = 80,1 – 65,4 = 14,70C – температурный напор от конденсирующихся паров бензола к стенке канала, а средняя температура плёнки конденсирующегося бензола равна
tп = (tк + tст1)/2 = (80,1+57,9)/2 = 72,80C
В соответствии с [1]
А=С0,75*r0,25, где С - коэффициент, зависящий от физических параметров конденсата бензола (от температуры его насыщенных паров).
В нашем случае С=3423 [1]. В курсовой работе допускается принимать это значение для всех вариантов заданий.
Тогда,
альфаб=А/4√d∆t,б = 34230,75*94,50,25/4√0,0196*14,7 = 1395/0,733 = = 1903 ккал/м2часК = 2216 Вт/м2К
Для определения коэффициента теплоотдачи к воде определим её режим течения.
Число Рейнольдса
Re = (w*d)/υ = (0,619 * 0,0196)/0,805 = 15709
Режим течения турбулентный.
Для турбулентного режима течения воды коэффициент теплоотдачи определим по зависимости [1].
альфав=А5w0,8в/d0,2,
где А5=1943 (таблица№3, Приложение).
альфав=1943*0,6190,8/0,01960,2=2907 ккал/м2часК=3383 Вт/м2КК
Термические сопротивления загрязнений канала приведены в задании. Термическое сопротивление загрязнения со стороны бензола равно Rзагр.б = 0,0001 м2часК/ккал, а со стороны воды - Rзагр.в = 0,0007 м2часК/ккал.
Определим термическое сопротивление стальной спирали, принимая её толщину равной δ = 2,5 мм, а коэффициент теплопередачи стали равным λ = 40 ккал/м*час*К
Rст= б/λ = 0,0025/40 = 0,0000625м2часК/ккал
Тогда, коэффициент теплопередачи спирального теплообменника равен
к= 1/(1/альфаб+Rзатр.б+Rст+Rзатр.в+1/альфав) =
= 1/(1/1903+0,0001+0,0000625+0,0007+1/2907) =
=1/(0,000525+0,0001+0,0000625+0,0007+0,00034)= =578,9 ккал/м2часК= 672 Вт/м2К
Необходимая площадь поверхности нагрева спирального теплообменника
F=Q/к∆t= 111510/(578,9*47,9) = 4,029м2
Определяем температуру стенки канала в первом приближении
tст1 = tк – Q/(F*альфаб) = 80,1 – 111510/(4,029*1903) = 65,60C
Так как полученное значение температуры стенки канала заметно отличается от заданного, проводим расчёт во втором приближении.
Приближение №2.
Принимаем температуру стенки канала со стороны бензола равной tст1 = 65,60C
Тогда, температурный напор на плёнке бензола равен
∆tб = tк – tст1 = 80,1 – 65,6 = 14,50C,
а средняя температура конденсирующегося бензола равна
tп = (tк + tст1)/2 = (80,1+65,6)/2 = 72,850C
А=С0,75*r0,25, где С - коэффициент, зависящий от физических параметров конденсата бензола (от температуры его насыщенных паров). Принимаем С=3423
Тогда,
альфаб=А/4√d∆t,б=34230,75*94,50,25/4√0,0196*14,5 =
= 1911 ккал/м2часК = 2224 Вт/м2К
Коэффициент теплоотдачи к воде был определён в приближении №1
альфав = 3383 Вт/м2КК
Термические сопротивления загрязнений канала и стальной спирали принимаем такими же, как и в приближении №1.
Тогда, коэффициент теплопередачи спирального теплообменника равен
к = 1/(1/альфаб+Rзатр.б+Rст+Rзатр.в+1/ альфав) =
= 1/(1/1911+0,0001+0,0000625+0,0007+1/2907) =
=1/(0,000523+0,0001+0,0000625+0,0007+0,00034)= =579,5 ккал/м2часК= 674 Вт/м2К
Необходимая площадь нагрева спирального теплообменника
F = Q/(к*∆t) = 111510/(579,5*47,9) =4,02 м2
Определяем температуру стенки канала во втором приближении
tст1 = tк – Q/(F*альфаб) = 80,1 – 111510/(4,02*1911) = 65,60C
Так как полученное значение температуры стенки канала со стороны бензола близко к заданному во втором приближении, то дальнейшие приближения не проводим.
3. По данным таблицы №9 (Приложение) минимальная поверхность серийных спиральных теплообменников составляет 15м2. Поэтому, определяем размеры проектируемого теплообменника расчетом.