Общие сведения и классификация теплообменных аппаратов.

Общие сведения и классификация теплообменных аппаратов.

A. Общая классификация ТА

I. Признак действия

Ii. Тип поверхности теплообмена

Iii. Схема движения теплоносителей

Iv. Тип теплообмена

V. Тип теплоносителей

Vi. Назначение

ОгТУ

ЗГТУ

КУ

Поверхностные теплообменные аппараты по принципу действия(рекуперативные и регенеративные).

3. Основные требования к расчету и проектированию ТА: теплогидродинамические, конструктивные, технологические, эксплуатационные.

Назначение и совместная работа ТА в составе ГТ иКУ

A. ОГТУ простейшего цикла

B. ОГТУ с регенерацией тепла уходящих газов

C. ОГТУ с регенератором разделенного типа

D. ОГТУ с промоохлаждением,промперегревом рабочего тела и теплофикацией

5. Назначение и совместная работа ТА в составе ГТУ замкнутого цикла:

А. ЗГТУ с регенерацией тепла в поверхностных ТА

B. ЗГТУ с регенерацией тепла и смесительными ТА

Комбинированная судовая парогазовая установка бинарного цикла, с утилизационным

Парогенератором.

Комбинированная установка монарного цикла (Когенерационная ГТУ

Расчет локальных(местных) и средних температурных напоров в ТА

A.Уравнение теплового баланса

B. Уравнение теплопередачи

Противоток

Расчет локальных(местных) и средних температурных напоров в ТА

Прямоток.

Сравнение эффективности схем прямоток и противоток

Расчет среднего температурного напора при сложных движениях теплоносителей

Коэффициент теплопередачи в ТА для гладкотрубчатых поверхностей теплообмена

12. Коэффициент теплоотдачи в оребренных поверхностях теплообмена? (нету)!

Коэффициент теплопередачи в оребренных поверхностях теплообмена.

A. Квадратные ребра

B. Круглые ребра

Уравнение теплового баланса при расчете ТА

A. Теплообмен без фазовых превращений

B. Конденсация насыщенного пара

C. Конденсация перегретого пара

d. Нагрев, кипение жидкости(парообразование),перегрев

Обобщенные уравнения для расчета газожидкостных ТА(ВО,ТП(СП);ГО и газогазовых ТА(ВП(Р),ГП(Р)

Расчет Во, ГО,ТП(СП). Расчет ВО,ТП(СП)-ОГТУ ГО-ЗГТУ. Принцип расчета воздухо и газоохлодителей ГТУ с перекрестной схемой движения теплоносителей по обобщенным уравнениям.

Расчет Во, ГО,ТП(СП). Расчет ВО,ТП(СП)-ОГТУ ГО-ЗГТУ. Принцип расчета воздухо и газоохлодителей ГТУ с продольной схемой движения теплоносителей по обобщенным уравнениям.

Регенераторы ГТу. Схема включения, зависимость поверхности теплообмена от степени регенирации.?

Принцип расчет регенераторов ГТУ с перекрестной схемой движения теплоносителей, по обобщенным уравнениям.

Принцип расчет регенераторов ГТУ с противоточной схемой движения теплоносителей, по обобщенным уравнениям.

Принципиальная конструкция ТА с перекрестной схемой движения теплоносителей, основные элементы конструкции.

Метод закрепления трубок в ТА. Степень развальцовки.

23+24. Диаграмма влажного воздуха. Принцип расчета конденсации водяных паров в промежуточном ВО ГТУ открытого цикла.

Удельная поверхность теплообмена

A. Коридорная

B. Шахматная

Полная длина пути теплоносителя

Общие сведения и классификация теплообменных аппаратов.

Общие сведения и классификация теплообменных аппаратов (ТА)

Теплообменные аппараты- устройства, предназначенные для передачи тепла от одних рабочих тел к другим.

Рабочие тела, учавствовающие в процессе называются теплоносителями.

Бывают два типа теплоносителей: горячие и холодные, т.е. передается тепло от горячих тел к холодным. И от холодных к горячим соответственно.

Но бывают еще и сложные, в которых переход тепла происходит от одного тела к нескольким.

Физические процессы связанные с переносом тепла могут быть различными.

1. Перенос тепла связанный только с изменением температур теплоносителей

2. Перенос тепла связанный с фазовым превращением теплоносителей.

a. Конденсация паров в горячем теплоносителе(переход из жидкости в пар)

b. Кипение (из жидкости в пар)

c. Сублимация (переход из твердого состояния в газ –сухой лед)

Общая классификация ТА

I признак классифкации. Признак действия:

1. Поверхностные ТА

2. Смесительные ТА

А и б походу дела насыпают на насыпную матрицу.

I. Тип поверхности теплообмена

Гладкотрубчатая

А. цилиндрическая

Б.Элиптическая

В.Каплеобразная.

Оребренная

А. Поперечное оребрение

А.Круглое

Б, Квадратное

Б.Продольное оребрение

3.Пластинчатая

4.Пластинчато ребристая

f=300…600м2/м3

Iii. Тип теплообмена

1. Без фазовых превращений

2. Фазовые превращения одного теплоносителя

3. Фазовые превращения одновременно двух теплоносителей

Iv. Тип теплоносителей

1. Жидкость-жидкость

2. Газ-жидкость

3. Газ-газ

4. Пар-жидкость.

5. Пар-газ.

6. Жидкометалически теплоносители. в энергетике щелочные металлы используют натрий калий и их сплавы. Их используют потому что они кипят при т-ре 1000 С..благодаря этому обеспечивается высокое давление.

V. Назначение

I.ОГТУ: открытого циклаор газотурбинная установка

1. Воздухоподогреватели ( регенераторы ) -ВП(Р)

2. Воздухоохладители: ВО

3. Теплофрикционные (сетевые) подогреватели воды ТП(СП)

4. Маслоохладители(МО)

II.ЗГТУ замкнутого цикла газотурбинная установка:

1. Газонагреватели-ГН

2. Газоподогреватели(регенераторы)-ГП(Р)

3. Газоохладители ГО

4. Маслоохладители.

III.КУ -комбинированная установка:

1. Утилизационные парогенераторы- УПГ

2. Охладители Газопаровой смеси-ОГП-см

Признаки данной ТА

1. Наличие твердой разделяющей поверхности
2. Постоянство направления теплового потока
3. Непрерывность переноса тепла
4. Стационарность процесса теплообмена на установившемся режиме

б). Регенеративные ТА: Поверхность омывается то одним то другим теплоносителем. Такие ТА применяют для подогрева газообразных компонентов горения, а также в криогенной технике..В качестве поверхности используется теплоакамулирующая насадка, элементы которой,например в виде шариков, колец,решеток,образуют каналы сложной формы для прохождения ТС

А. Периодического действия.

Главный признак: переменность направления потока теплоты Q,нестационарнгость процесса теплообмена.

Б. Непрерывного действия

Отличие непрерывные снабжаются подвижной поверхностью матрицы.Наиболее распространенное явление вращения.

1.Вращающаяся дисковая матрица:. Плоская гафрированная металлическая лента. Ст Х18Н1а. Плюс высокая поверхность теплообмена. Минус в холоде не запускаются.

Уравнение теплопередачи

где: F-поверхность теплообмена, м^2,

Q-тепловая нагрузка,

Dt-средний температурный напор, между теплоносителями.

k-коэффициент теплопередачи (Вт/м^2*с).

 

б) Минимальное гидродинамическое сопротивление по тракту движения теплоносителя.

Мощность на прокачку теплоносителя:

где: G-расход теплоносителя, кг/с;

r-плотность теплоносителя, кг/см;

ôp-гидродинамическое сопротивление, ПА;

h-кпд перекачивающего устройства.

Б) Конструктивные требования- заключаются в технически обоснованном выборе материалов теплообменного аппарата.

Тип поверхности теплообмена

Гладкотрубчатая

А. цилиндрическая

Б.Элиптическая

В.Каплеобразная.

Оребренная

А. Поперечное оребрение

А.Круглое

Б, Квадратное

Б.Продольное оребрение

3.Пластинчатая

4.Пластинчато ребристая

 

В) Технологические -в прогрессивно обоснованном методе изготовления в первую очередь лежит конструкция метода закрепления поверхности теплообмена.

Г) Эксплуатационные- удобство при ремонте и чистке поверхности теплообмена.

A. ОГТУ простейшего цикла

Уравнение теплопередачи

,где K -Коэффициент теплопередачи

- средний температурный напор, К, С

Уравнение теплового баланса

Полная теплоемкость теплоносителя представляет количество тепла, которое отдает или воспринимает заданный расход теплоносителя при изменении его температуры на .

Определить закон изменения среднего температурного напора и Т

-т.к. изменение температуры у 1-го меньше чем у второго теплоносителя. .

Для поверхности dF:

Уравнение теплопередачи

Подставим и из (1) и (2) в (4)

Подставим из (3) в (5)

Для поверхности Fx

Противоток W= =>

Там де Т1=const происходит конденсация пара.

 

=>

. Там де Т2=const происходит кипение и парообразование.

Прямоток

Для поверхности dF:

Уравнение теплопередачи

Подставим и из (1) и (2) в (4)

Подставим из (3) в (5)

При прямотоке понижение температуры греющего (горячего) теплоносителя по ходу движения сопровождается повышением температуры нагреваемого (холодного) теплоносителя. Это влечет за собой два важных следствия:

1. Максимальная температура холодного теплоносителя на выходе из ТА не может быть выше минимальной температуры горячего теплоносителя (всегда , при )

2. Несмотря на наличие большой разности температур на входе при больших значениях изменения температур теплоносителей и , величина оказывается очень малой, что приводит из-за большого значения к снижению и соответственно росту необходимой поверхности теплообмена .

Единственным преимуществом прямотока является меньшее значение максимальной температуры поверхности теплообмена (которая лежит между температурами горячего и холодного теплоносителя) и меньший градиент температур по длине, что приводит к меньшей величине температурных деформаций. Это преимущество используется при конструировании высокотемпературных ТА, облегчает условия работы металла ценой увеличения габаритных размеров и массы

Уравнение теплопередачи

где и - максимальный и минимальные температурные напоры по концам теплообменного аппарата (при прямотоке , ; при противотоке – при , ; при , ).

Оребренная

А. Поперечное оребрение

А.Квадратные ребра

Б. Круглые ребра

Продольное оребрение

Температура «t»-C

Расчет: 1.Средний температурный напор

, ºC

2. Средняя температура воды

, ºC

3. Теплофизические свойства воды

4. Средняя температура газа

, ºC

5. Теплофизические свойства газа

, где , Па

- давление газа на входе в ТА, Па

- заданное гидродинамическое сопротивление

6. Тепловая нагрузка

, Вт

-расход газа, кг/с

7. Коэффициент эффективности тепловой работы

8. Относительное термическое сопротивление газового теплоносителя

 

 

Гладкотрубчатая поверхность

- воздух углекислый

- гелий

Оребреная поверхность

- воздух, углекислый газ

- гелий

9. Коэффициент и степени в уравнениях конвективного теплообмена и гидродинамического сопротивления

Гладкотрубчатая поверхность

Треугольная разбивка трубок:

B=0,295; m=0,6; ; ; r = - 0,25;

dн/dвн=6/5; 8/6; 10/8; 12/10; 15/13; 16/14; 17/15; 18/16; 19/17; 20/18

10. Полная длинна пути газа.

Lr = […] , м

11. Глубина трубного пучка

,м

12. Относительное фронтальное сечение

, м²(кг/с)

13. Полное фронтальное сечение по газу

,м²

14. Объем трубного пучка

15. Расход воды

16. Полное число трубок

Толщина отложений по воде

- диаметр отложений

17. Число рядов труб по глубине H

18. Число рядов труб по ширине

19. Ширина В

Проверочный расчет

Степень регенерации

19. Принцип расчет регенераторов ГТУ с перекрестной схемой движения теплоносителей, по обобщенным уравнениям.

Z₁=1, Z₂=2

Относительный объем

Коэффициент теплопередачи для гладкотрубчатого регенератора.(если пренебречь внутренним термическим сопротивлением)

 

Дальше рисунок шахматного расположения трубок

Совместно решая (4), (6),(7) находим ПОТОМ по графику вверху.

Длины путей теплоносителей

Тепловой расчет

Холодная, внутри трубок

-относительный шаг

Фронтальное сечение

Длины пути теплоносителей

Нельзя произвольно задавать

-задано

и -задано

Из уравнений 1 и 2 определим конкретные значения

Основное уравнение:

Относительный объем

Одинаковые для N1 = N2

-продольное течение

Разные

;

 

 

Найдя эти значения находим относительный объем

Рассчитываем:

Закрепление трубок в ТА

Методы:

Развальцовка

А. Механическая (наиболее распространенная)

Б. Взрывом

В. Электрогидроимпульсная (нераспространенная)

Сварка.

3. Сварка+развальцовка

Развальцовка - упругопластическая деформация, за счет раздачи трубки по поверхности отверствия в трубной доске.

степень развальцовки

.d0-диаметр отв-я

Пример:

Типы развальцовок труб

Типы сварки:

Диаграмма влажного воздуха.

Общие сведения и классификация теплообменных аппаратов.

A. Общая классификация ТА

I. Признак действия