Калининград

РАСЧЕТ ВОДО-ВОДЯНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА ТИПА "ТРУБА В ТРУБЕ"

Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине

"Теоретические основы теплотехники"

для студентов специальности 100500 "Тепловые электрические станции".

Г.

З а д а н и е

Произвести тепловой расчет водо-водяного теплообменника типа "труба в трубе". Определить площадь поверхности нагрева F и число секций n, если длина одной секции l.

Греющая вода движется по внутренней стальной трубе диаметром и имеет температуру на входе . Расход греющей воды G₁.

Нагреваемая вода движется противотоком по кольцевому каналу между трубами и нагревается от до . Внутренний диаметр внешней трубы D. Расход нагреваемой воды G₂.

Потерями теплоты через внешнюю поверхность теплообменника пренебречь.

Коэффициент теплопроводности стальных труб Вт/(м*⁰С) .

Теплоемкость воды принять постоянной Дж/(кг К).

Физические характеристики воды в интервале температур от 0 ⁰С до 100 ⁰С можно определить по следующим уравнениям в зависимости от температуры:

· Плотность , где кг/м³;

· Коэффициент теплопроводности воды , где Вт/(м К);

· Число Прандтля , где .

Толщина стенки внутренней трубы .

Эквивалентный диаметр для кольцевого канала определяется как .

Диаметры присоединительных патрубков для входа и выхода греющей и нагреваемой воды , , , соответственно:

М

М

где: С_доп = 1 ¸ 2,5 м/с – допустимая скорость воды в присоединительных патрубках. Полученные диаметры патрубков необходимо округлить до унифицированных, которые выбираются из следующего ряда условных проходов трубопроводов: 6, 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 70, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500 мм.

Используя результаты расчета, на миллиметровой бумаге построить графические зависимости изменения температур холодного и горячего теплоносителей по поверхности теплообмена (формат А4), а также в масштабе вычертить конструктивный чертеж водо – водяного теплообменника типа "труба в трубе" (формат А3).

Таблица № 1

Параметры, их обозначение и еденицы измерения	Номера вариантов
Длина трубной секции l, м	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9	3.0	1.5	1.6	1.7	1.8
Диаметр внутренней трубы , мм	25/22	25/22	25/22	25/22	25/22	25/22	25/22	5/22	25/22	25/22
Толщина стенки внутренней трубы , м	0.0015	0.0015	0.0015	0.0015	0.0015	0.0015	0.0015	0.0015	0.0015	0.0015
Внутренний диаметр внешней трубы D, мм
Расход греющей воды G1, кг/ч
Температура греющей воды на входе , 0С
Расход нагреваемой воды G2, кг/ч
Температура нагреваемой воды на входе , 0С
Температура нагреваемой воды на выходе , 0С

Продолжение табл. № 1

Параметры, их обозначение и еденицы измерения	Номера вариантов
Длина трубной секции l, м	1.9	2.0	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9	2.0	2.0	1.9
Диаметр внутренней трубы , мм	38/34	38/34	38/34	38/34	38/34	38/34	38/34	38/34	38/34	38/34
Толщина стенки внутренней трубы , м	0.002	0.002	0.002	0.002	0.002	0.002	0.002	0.002	0.002	0.002
Внутренний диаметр внешней трубы D, мм
Расход греющей воды G1, кг/ч
Температура греющей воды на входе , 0С
Расход нагреваемой воды G2, кг/ч
Температура нагреваемой воды на входе , 0С
Температура нагреваемой воды на выходе , 0С

Продолжение табл. № 1

Параметры, их обозначение и еденицы измерения	Номера вариантов
Длинна трубной секции l, м	1.8	1.7	1.6	1.5	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9	2.0
Диаметр внутренней трубы , мм	48/43	48/43	48/43	48/43	48/43	48/43	48/43	48/43	48/43	48/43
Толщина стенки внутренней трубы , м	0.0025	0.0025	0.0025	0.0025	0.0025	0.0025	0.0025	0.0025	0.0025	0.0025
Внутренний диаметр внешней трубы D, мм
Расход греющей воды G1, кг/ч
Температура греющей воды на входе , 0С
Расход нагреваемой воды G2, кг/ч
Температура нагреваемой воды на входе , 0С
Температура нагреваемой воды на выходе , 0С

Приложение

П р и м е р р а с ч е т а т е п л о о б м е н н и к а.

1. Количество передаваемой теплоты

Вт.

2. Температура греющей воды на выходе

⁰С.

3. Средняя температура греющей воды

⁰С.

4. Плотность греющей воды

кг/м³.

5. Коэффициент кинематической вязкости греющей воды

м²/с.

6. Коэффициент теплопроводности греющей воды

Вт/(м К).

7. Число Прандтля по температуре греющей воды

8. Средняя температура нагреваемой воды

⁰С.

9. Плотность нагреваемой воды

кг/м³.

10. Коэффициент кинематической вязкости нагреваемой воды

м²/с.

11. Коэффициент теплопроводности нагреваемой воды

Вт/(м К).

12. Число Прандтля по температуре нагреваемой воды

13. Скорость движения греющей воды

м/с.

14. Скорость движения нагреваемой воды

м/с.

15. Число Рейнольдса для потока греющей воды

Режим течения турбулентный. Расчет ведем по формуле /2/:

16. Число Нуссельта

17. Так как температура стенки неизвестна, то в первом приближении задаемся ее значением

⁰С.

18. Число Прандтля по температуре стенки

Число Нуссельта со стороны греющей воды (см. п. 16)

19. Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке трубы

Вт/(м² К).

20. Число Рейнольдса для потока нагреваемой воды

где м,

т.е. режим течения турбулентный, Re>2300.

21. Принимаем в первом приближении температуру стенки со стороны нагреваемой воды

⁰С

22. Число Прандтля по температуре стенки

23. Число Нуссельта со стороны нагреваемой воды /2/

24. Коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой воде

Вт/(м² К).

25. Коэффициент теплопередачи

Вт/(м² К).

26. Наибольший температурный напор

⁰С.

27. Наименьший температурный напор

⁰С.

28. Отношение

Lt; 1.5

поэтому расчет можно вести по среднеарифметическому напору (в противном случае – по среднелогарифмическому).

29. Средний температурный напор

⁰С.

30. Плотность теплового потока

Вт/м².

31. Площадь поверхности нагрева

м².

32. Число секций

33. Температура стенки трубы со стороны греющей воды

⁰C.

34. При этой температуре

35. Уточненное значение поправки

Было принято:

< 0,05, поэтому второе приближение ненужно, в данном случае совпадение точное.

В случае невыполнения условия п. 35 необходимо сделать второе приближение расчета, начиная с п. 17, приняв в качестве температуры стенки t_c1 ее уточненное значение, полученное в п. 33. Обычно второго приближения бывает достаточно.

36. Температура стенки со стороны нагреваемой воды

⁰C.

При этой температуре

37. Уточненное значение поправки

Было принято:

< 0,05, поэтому второе приближение ненужно, в данном случае совпадение точное.

Принимаем F = 1.37 м², n = 9.

В случае невыполнения условия п. 37 необходимо сделать второе приближение расчета, начиная с п. 21, приняв в качестве температуры стенки t_c2 ее уточненное значение, полученное в п. 36. Обычно второго приближения бывает достаточно.