Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
3. Лабораторная работа № 3
Изучение конструкций и разработка алгоритма расчета
кожухотрубного рекуперативного теплообменного аппарата
с гладкими трубами
Целью работы является углубленное изучение процессов, протекающих в теплообменных аппаратах.
Основными задачами, выполняемыми в ходе работы, являются изучение взаимного влияния конструкционных решений на процессы теплообмена в кожухотрубных теплообменных аппаратах.
3.1. Изучение конструкций кожухотрубных теплообменных аппаратов с гладкими трубами
Первая часть работы посвящена изучению конструкций кожухотрубных теплообменных аппаратов с прямыми гладкими (неоребренными) трубами. Данный тип теплообменных аппаратов традиционно является самым распространенным в судовых энергетических установках. На рис. 3.1 представлена компоновочная схема теплообменного аппарата данного вида.
Конструкции кожухотрубных теплообменных аппаратов других видов и их конструктивные особенности изучаются во время занятия по наглядным материалам (плакаты, слайды и пр.). Особое внимание уделяется конструкциям основных узлов теплообменников, способам организации движения потоков теплоносителей и т. д.
По итогам выполнения первой части студенты должны представить рисунок (компоновочную схему) и спецификацию основных элементов ТА. Конструкция ТА должна предусматривать возможность его дрениро-
|
Рис. 3.1. Кожухотрубный теплообменный аппарат 1 − входная камера; 2 − кожух; 3 − теплообменная труба; 4 − опора; 5 − крышка задней камеры; 6 − трубная доска; 7 − компенсатор |
вания после отключения для хранения или ремонта. Вид теплообменного аппарата − в соответствии с вариантом задания (приложение 4).
3.2. Алгоритм теплового расчета рекуперативных
теплообменных аппаратов
Тепловой расчет любого рекуперативного теплообменного аппарата сводится к совместному решению двух уравнений: теплового баланса и теплопередачи.
В соответствии с уравнением теплового баланса количество теплоты, отведенной от теплоотдающего теплоносителя (ТОТ) (Q1), равно количеству теплоты, подведенной к тепловоспринимающему теплоносителю (Q2)
Q1 = Q2 = Q . (3.1)
При постановке задачи расчета, в зависимости от назначения теплообменного аппарата, как правило, бывают известными величины, характеризующие теплоноситель, который является основным (охлаждаемая среда − в охладителях, нагреваемая − в нагревателях и т. п.) − расходы и значения концевых температур. Известными бывают значения отдельных величин для второго теплоносителя (например, температура забортной воды для охладителей воды внутреннего контура системы охлаждения судовых дизелей). В этом случае следует задаться значением одной из неизвестных величин, которое должно быть уточнено при выполнении расчета теплообменного аппарата.
Количество отводимой (подводимой) теплоты определяется из выражений:
− в случае отсутствия изменения агрегатного состояния теплоносителей
|Q| = М (t'' − t'), (3.2)
или
|Q| = V(t'' − t'), (3.3)
где M и V – соответственно, массовый (кг/с) и объемный (м3/с) расходы теплоносителя; − средняя массовая изобарная теплоемкость теплоносителя, кДж/(кг∙К) в интервале температур (t', t''); − средняя объемная изобарная теплоемкость теплоносителя, кДж/(м3∙К) в интервале температур (t', t'')); t', t'' − температуры теплоносителя, соответственно, на входе в теплообменный аппарат и на выходе из него;
− при изменении агрегатного состояния теплоносителей (конденсаторы, испарители и пр.)
|Q| = М(iвых – iвх), (3.4)
где iвх, iвых – энтальпии теплоносителя соответственно на входе в теплообменный аппарат и на выходе из него, кДж/кг.
Уравнение теплопередачи записывается в следующем виде
Q = ktF, (3.5)
где k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К);
t – температурный напор, С;
F – площадь поверхности теплообмена, м2.
По итогам решения уравнения теплового баланса определяются значения величин, необходимых для решения уравнения теплопередачи. Уравнение теплопередачи решается относительно площади поверхности теплообмена, после чего производится ее окончательная компоновка. Расчет теплообменных аппаратов производится в следующей последовательности:
, (3.6)
где − термическое сопротивление теплопередающей стенки. Здесь δi – толщина i-го слоя; λi − коэффициент теплопроводности i-го слоя.
Вопросы, связанные с компоновкой поверхностей нагрева, имеют свои особенности на каждом из ее участков.
3.3. Представление алгоритма расчета
Алгоритм расчета выполняется каждым студентом индивидуально на ПК.
Формирование алгоритма производится из блоков, имеющихся в базовом файле, который перед началом работы студенты сохраняют под новым именем, содержащим номер работы, номер группы, фамилию и инициалы студента и дату выполнения работы, например: «ТО_3_Сергеев Н.И._СП-41_01.03.2012».
При составлении алгоритма следует учитывать следующее:
− при выборе теплоносителя, направляемого по трубам обращается внимание на то, что повышенная скорость легче обеспечивается внутри труб и поэтому в ТА типа «жидкость-жидкость» теплоноситель с меньшим коэффициентом теплоотдачи или малым расходом лучше прокачивать по трубам. Для удобства очистки поверхностей теплообмена загрязненный теплоноситель лучше направлять в трубы, так как их очистку легко осуществить. Коррозионно-активные жидкости также рекомендуется подавать в трубы. Теплоноситель с высоким давлением и температурой предпочтительнее направлять в трубы, что позволяет снизить механические нагрузки на корпус аппарата, обеспечить герметичность ТА и уменьшить тепловые потери в окружающую среду;
− количество труб в кожухе и его внутренний диаметр определяются по итогам компоновки трубного пучка;
− скорость движения теплоносителя в межтрубном пространстве может быть изменена путем выбора труб другого размера и шага труб в пучке. Если скорость теплоносителя в межтрубном пространстве, при продольном омывании труб, ниже допустимой, устанавливаются продольные перегородки. Если же их установка не обеспечивает получение требуемого результата, устанавливаются поперечные перегородки. В этом случае изменяется схема движения теплоносителей;
− если по итогам расчета отношение длины труб одного хода к внутреннему диметру (l/Dк) больше 8, следует принять многоходовую схему движения теплоносителя по трубам с последующим выполнением расчета «нового» теплообменного аппарата.
Наличие тепловых потерь может учитываться введением поправочных коэффициентов.
В инженерных расчетах иногда используются расчетные формулы для непосредственного определения .