Рекуперативного теплообменного аппарата»

по дисциплине

«Теплопередача»

для студентов всех форм обучения

Направления 6.070104 «Морской и речной транспорт»

Специальности «Эксплуатация судовых

Энергетических установок»

 

 

 

 

 

Севастополь

УДК 62-713.1:621.436

 

Теплопередача, теплообменные аппараты, теплотехнические измерения: методические указания к выполнению курсовой работы «Тепловой и гидравлический расчеты рекуперативного теплообменного аппарата» / Сост. К.Ю. Федоровский, О.Г. Лепеха – Севастополь: СевНТУ, 2013. – 37 с.

 

Целью методических указаний является ознакомление студентов с основными принципами теплового и гидравлического расчетов рекуперативных теплообменных аппаратов и получение необходимых практических навыков.

 

 

Методические указания рассмотрены и утверждены на заседании кафедры ЭМСС, протокол № 10 от «29» апреля 2013 года.

 

 

Рецензент: Лисняк Ю.А., кандидат технических наук, доцент кафедры ЭМСС.

 

 

Методические указания составили: Федоровский К.Ю., доктор технических наук, профессор кафедры ЭМСС; Лепеха О.Г., кандидат технических наук, доцент кафедры ЭМСС.

 

 

Ответственный за выпуск Федоровский К.Ю., доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой ЭМСС.

 

Допущено к изданию учебно-методическим центром СевНТУ в качестве методических указаний.

 

С О Д Е Р Ж А Н И Е

Основные обозначения…………………………………………………….
Введение.......................................................................................................
1. Задача расчета ТОА……………............................................................
2. Особенности конструкции кожухотрубного ТОА……….....................
3. Основные положения теплового и гидравлического расчетов ТОА...........................................................................................
4. Методика теплового и гидравлического расчетов кожухотрубного ТОА…............................................................................
Библиографический список ……………………….……………………...
Приложение А………………………………………….……………..........
Приложение Б………………………………………….……………..........
Приложение В………………………………………….……………..........
Приложение Г………………………………………….……………..........
Приложение Д………………………………………….……………..........
Приложение Е………………………………………….……………..........
Приложение Ж...……………………………………….……………..........
Приложение З………………………………………….……………..........
Приложение И………………………………………….……………..........
Приложение К………………………………………….……………..........
Приложение Л………………………………………….……………..........
Приложение М………………………………………….……………..........

Основные обозначения

	–	порядковый номер шестиугольника компоновки трубного пучка;
	–	коэффициент теплопередачи, Вт/(м^2.К);
	–	температура, ^оС;
	–	коэффициент теплопроводности, Вт/(м^.К);
	–	коэффициент кинематической вязкости, м^2/с;
	–	плотность, кг/м^3;
	–	изобарная теплоемкость, Дж/(кг^.К);
	–	тепловой поток, Вт;
	–	массовый расход, кг/с;
	–	температурный напор, ^оС;
	–	площадь теплообменной поверхности, м^2;
	–	скорость, м/с;
	–	количество труб в трубном пучке, шт;
	–	толщина, м;
	–	коэффициент теплоотдачи, Вт/(м^2.К);
	–	диаметр, м;
	–	термическое сопротивление, (м^2.К)/Вт;
	–	шаг труб в трубном пучке, м;
	–	наружный диаметр трубного пучка, м;
	–	длина труб, м;
	–	число ходов теплоносителя;
	–	шаг установки диафрагм, м;
	–	высота проходного сечения в диафрагме, м;
	–	площадь проходного сечения, м^2;
	–	гидравлическое сопротивление, Па;
	–	коэффициент местного сопротивления;
	–	коэффициент сопротивления по длине трубопровода

 

 

Ч и с л а п о д о б и я

– число Рейнольдса;

– число Прандтля;

 

– число Нуссельта.

 

 

И н д е к с ы

	–	относится к внутритрубной полости;
	–	относится к межтрубной полости;
С	–	стенка;
П	–	патрубок;
ТП	–	трубный пучок;
ТД	–	трубная доска;
ТР	–	труба;
ПОВ	–	поворот;
^/	–	вход;
^//	–	выход;
	–	(черта над буквой) – знак осреднения.

В В Е Д Е Н И Е

Кожухотрубные теплообменные аппараты (ТОА) широко распространены в промышленности. Приведенная здесь методика расчета такого ТОА несколько упрощена. Рассматривается «идеальный» теплообменник, в котором, например, пренебрегают протечками через зазоры внутри полости аппарата, наружное обтекание трубного пучка считается строго поперечным и т.д. При необходимости проведения более точных расчетов, они могут быть выполнены с использованием литературных источников, указанных в конце пособия. При этом процедура расчета многократно усложняется и требует применения современных ЭВМ.

Основные положения расчета рекуперативных ТОА других типов аналогичны рассмотренным в данном пособии и отличаются лишь деталями, учитывающими особенности конструкций.

Прежде чем приступить непосредственно к расчетам, студенту необходимо внимательно ознакомиться с особенностью конструкции ТОА и основными положениями расчета, изложенными в разделах 2 и 3.

Пояснительная записка в курсовой работе должна содержать:

1. Титульный лист.

2. Задачу расчета и исходные данные (в табличной форме).

3. Таблицы теплового и гидравлического расчетов.

4. Начерченную в масштабе (в соответствии с существующей номенклатурой масштабов) на листе формата А3 схему ТОА с указанием его размеров.

 

ЗАДАЧА РАСЧЕТА ТОА

Необходимо определить основные размеры, площадь теплопередающей поверхности и гидравлическое сопротивление при прокачивании теплоносителей кожухотрубного ТОА, если известны *⁾:

 

№ п/п	П а р а м е т р	Обоз-наче-ния	Единицы измере-ния	Численное значе- ние
1.	Температура теплоносителя на входе в внутритрубную полость		^оС
2.	Температура теплоносителя на выходе из внутритрубной полости		^оС
3.	Температура теплоносителя на входе в межтрубную полость		^оС
4.	Температура теплоносителя на выходе из межтрубной полости		^оС
5.	Массовый расход теплоносителя межтрубной полости		кг/с	15,6
6.	Вид теплоносителя внутритрубной полости	-	-	МВ
7.	Вид теплоносителя межтрубной полости	-	-	трансф. масло
8.	Материал труб трубного пучка	-	-	Ti
9.	Внутренний и наружный диаметры труб трубного пучка		мм мм
10.	Схема тока теплоносителей	-	-	№ 2

 

*⁾ Численные значения исходных данных выбираются по таблице, представленной в конце данных методических указаний. Приведенные в таблице численные значения используются в дальнейшем в качестве примера расчета ТОА.

В рассматриваемом теплообменнике трубный пучок имеет шахматную компоновку с размещением труб по схеме правильных треугольников.

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ

КОЖУХОТРУБНОГО ТОА

 

Схема кожухотрубного ТОА показана на рис. 2.1. В дальнейшем, теплоноситель, движущийся во внутритрубной полости, будем обозначать цифрой 1, а теплоноситель межтрубной полости – цифрой 2. Теплоноситель 1, пройдя входной патрубок, поступает через отверстия в трубной доске 2 в теплопередающие трубы 1, образующие в своей совокупности трубный пучок. В зависимости от числа ходов (на рис. 2.1 имеем Z₁ = 2) теплоноситель 1 разворачивается и движется по трубам 1 в другом направлении. Теплоноситель 2, поступая в корпус 3 аппарата, обтекает трубный пучок с наружной стороны. Для организации движения этого потока, увеличения его скорости в межтрубной полости установлены диафрагмы (перегородки) 5. Диафрагмы имеют сегментный вырез для прохождения теплоносителя.

Могут быть использованы коридорная и шахматная компоновки трубных пучков. Наиболее часто используется последняя компоновка с размещением труб по схеме правильных треугольников, что обеспечивает шахматный равнопроходный пучок (рис. 2.2), в котором трубы располагаются по сторонам шестиугольников. Данная схема размещения труб в трубном пучке используется в ТОА, расчет которого предлагается выполнить. Общее максимально возможное количество труб в пучке определяется по зависимости:

.

В случае, когда порядковый номер шестиугольника а £ 6 значение b = 1. При а > 6, поскольку появляется возможность размещения дополнительного количества труб в сегментах (между шестигранным пучком и внутренней поверхностью корпуса), b = 1,1...1,16.

 

 

Рисунок 2.1 – Схема кожухотрубный ТОА: 1 – трубки; 2 – трубная доска; 3 – корпус; 4 – крышка; 5 – диафрагма (перегородка); 6 – патрубок