Задание 4 Задача 1 теплообменный аппарат «труба в трубе»
Выполнить конструктивный расчет противоточного водо-водяного теплообменника типа «труба в трубе» тепловой мощностью Q. Начальная температура греющего теплоносителя , начальная температура нагреваемого теплоносителя , конечная температура нагреваемого теплоносителя . Коэффициент теплопроводности металла трубы принимать =70 Вт/(мК).
Таблица 1. Исходные данные
№ варианта |
Q, кВт |
, °С |
, °С |
, °С |
|
50 |
150 |
5 |
65 |
|
75 |
150 |
10 |
65 |
|
100 |
150 |
15 |
65 |
|
125 |
150 |
5 |
65 |
|
150 |
150 |
10 |
65 |
|
175 |
150 |
15 |
65 |
|
200 |
130 |
5 |
60 |
|
225 |
130 |
10 |
60 |
|
250 |
130 |
15 |
60 |
|
300 |
130 |
5 |
60 |
|
325 |
130 |
10 |
60 |
|
350 |
130 |
15 |
60 |
Рекомендации к расчету теплообменника «Труба в трубе»
Геометрические размеры теплообменника приведены на рис. 1, а график изменения температуры теплоносителей при противоточной схеме на рис. 2.
Рис. 1. Теплообменник типа «Труба в трубе» |
Рис. 2. Противоточная схема |
По внутренней трубе течет нагреваемый теплоноситель с расходом G2, по кольцевому каналу – греющий теплоноситель с расходом G1.
Коэффициент теплоотдачи на внешней поверхности внутренней трубы (в кольцевом канале) определяется по уравнению
, Вт/м2°С. (1)
Коэффициент теплоотдачи во внутренней трубе определяется по уравнению
, Вт/м2°С. (2)
Физические характеристики для воды:
кинематическая вязкость –
, м2/с; (3)
число Прандтля –
; (4)
теплопроводность –
, Вт/м°С. (5)
Температура воды, входящая в уравнения (3)-(5) определяется как средняя. Для нагреваемого теплоносителя
. (6)
Для греющего теплоносителя
. (7)
Для расчета теплообменника используются уравнения:
- теплового баланса
; (8)
- уравнение теплопередачи
. (9)
Здесь: с – теплоемкость воды; F, м2 – площадь теплообменной поверхности; k, Вт/(м2К) – коэффициент теплопередачи; – среднелогарифмический температурный напор.
Коэффициент теплопередачи вычисляется по формуле
, (10)
где: =0,95 – коэффициент, учитывающий теплопотери в окружающую среду (КПД теплообменника); , м – толщина внутренней трубы; , Вт/(мК) – коэффициент теплопроводности металла трубы.
Среднелогарифмический температурный напор вычисляется по формуле
, (11)
где: – начальный температурный напор; – конечный температурный напор (рис. 2).
Площадь теплообменной поверхности трубы длиной l равна
. (12)
Расход греющего теплоносителя
, (13)
нагреваемого
, (14)
где – плотность теплоносителя (в расчетах принимать 1000 кг/м3).
Площадь живого сечения внутренней трубы
. (15)
Площадь живого сечения кольцевого канала
. (16)
При расчете принимать:
-
скорость теплоносителей – 1…3 м/с;
-
плотность теплоносителей – 1000 кг/м3;
-
теплоемкость воды – 4186, КДж/(кгК);
-
температурный напор или – 20…30 С.
Таблица 2. Трубы стальные электросварные прямошовные ГОСТ 10704-91
dн |
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
20 |
22 |
24 |
26 |
28 |
30 |
32 |
36 |
38 |
40 |
45 |
|
1,2 |
1,2 |
1,6 |
1,6 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dн |
48 |
51 |
54 |
57 |
60 |
63,5 |
70 |
76 |
89 |
95 |
102 |
108 |
114 |
133 |
159 |
194 |
|
2,8 |
2,8 |
2,8 |
3 |
3 |
3 |
3,5 |
3,5 |
3,5 |
3,5 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4,5 |
4,5 |