РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННИКА ТИПА «ТРУБА В ТРУБЕ»

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

Институт энергетики и автоматики

Кафедра ТиЭС

Контрольная работа по «Общей энергетике»

РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННИКА ТИПА «ТРУБА В ТРУБЕ»

Вариант №3

Выполнил студент группы 140400 (1004) Волков Е. В.

Проверил ст. преподаватель Семёнова Т.П.

Магнитогорск 2013г.

РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННИКА ТИПА «ТРУБА В ТРУБЕ»

Исходные данные

1-горрячий теплоноситель: вода

ω₁= 0,3м/с

t₁’ = 95̊C

t₂’ = ?

2-холодный теплоноситель: вода

ω₂=1м/с

t₁’’ =15̊C

t₂’’ = 45̊C

d2/d1 = 35/32 мм

Материал стенки – сталь

Потери теплоты ∆ = 3%

Длинна секции l1 = 1.5 м

λ = 45 Вт/м*град

Решение

1.Определение количества передаваемой теплоты и параметров потоков, проходящих через аппарат.

Средняя температура холодной воды

t _ср2 = 0,5*(t’’ 2 + t’’ 1) = 0.5*(15+45)=0.5*60=30̊C

t ср2 = 30̊C

При этой температуре для холодной воды из таблицы

ρ₂ = 995,7 кг/м³

h = 125.7 кДж/кг

Р = 1,013*10⁵ Па

с₂= 4,174 кДж/кг*град

Расход горячей воды

G₂= ρ₂*ω₂*f₂ = ρ₂*ω₂*π*d₂²÷ 4 = 995.71*1*3.14*(32*10^-3)² / 4 = 0.8 кг/с

G2 = 0,8 кг/с

Количество передаваемой теплоты

Q₂= G₂*c₂*(t₂’ – t₁’) = 0.8*4.174*30 = 100,2 кВт

Q2 = 100,2 кВт

С учетом тепловых потерь

Q₁ = Q₂/0,97 = 103,3 кВт

Q1 = 103,3 кВт

Найдем массовый расход горячей воды

Q₁ = ρ₁*ω₁*(π/4)*(D² – d₁²) = 977.8*0.3*(3.14/4)*((55*10^-3)² – (32*10^-3)² ) = 0.5 кг/с

Q1 = 0.5 кг/с

Найдём неизвестную температуру горячей воды на выходе из уравнения

Q1 = G1*C1*(t2’ – t1’) =>

=>t₂’ = Q₁ / (G₁*C₁) – t₁' = 46 ̊C

Средняя температура горячей воды

t_ср1= 0.5*(46+95) = 70.5 ̊C

При этой температуре:

ρ = 977.8 кг/м³

ср1 = 4,187 кДж/кг*град

2.Выбор теплофизических характеристик потоков.

Для горячей воды:

при t_ср1 = 70,5 ̊С

υ₁= 0,451*10^-6 м²/с

λ₁ = 66,8*10^-2 Вт/(м*град)

Pr_ж1 = 2,55

Для холодной воды:

при t_ср2 = 30 ̊С

υ₂= 0,805*10^-6 м²/с

λ₂ = 61,8*10^-2 Вт/(м*град)

Pr_ж2 = 5,42

3.Определение средней разности температур

95 ̊С 70,5 ̊С

45 ̊С 15 ̊С

∆t_a = 24.5 ̊C

∆t_i = 30 ̊C

∆t = (∆t_a - ∆t_i) / ln(∆t_a / ∆t_i) = (24.5 – 30) / ln(24.5 / 30) = 6.73 ̊C

4.Расчет коэффициента теплопередачи

Число Рейнольдса для

Re₁ = ω₁ * d₁ / υ₁ = 0.3*0.032/(0.415*10^-6) = 23130

Re1 =23130

Определим коэффициент теплоотдачи от горячей воды к стенке

Nu₁ = 0.021*Re₁^0.33*Pr_ж₁^0.43*(Pr_ж₁ / Pr_c1) ^0.25 = 15.46

Nu1 = 15.46

Так как температура стенки неизвестна, в первом приближении принимаем

t_c1 = t_ср1 – (∆t/2) = 70.5 – (6.73/2) = 66.66 ̊C

tc1 = 66.66 ̊C

При этой температуре Pr_c1 = 2.55

Число Рейнольдса для холодной воды

Re₂ = ω₂ * d₂ / υ₂ = 1*0.035/(0.805*10^-6) = 43480

Re2 =43480

Эквивалентный диаметр кольцевого канала

d_экв = D – d₂ = 55 – 32 = 23 мм

Принимаем

t_c2 = t_ср2 + ∆t/2 = 30+(6.73/2) = 33.34

При этой температуре Pr_c₂ = 5.42

Nu₂ = 0.017*Re₂^0.8*Pr_ж₂^0.43*( Pr_ж₂/Pr_c1)^0.25*(D/d₂)^0.18 = 383.5

α = Nu₂*(λ₂/d_экв) = 383,5 * 61,8 * 10^-2 / 0,023 = 10304,5

Линейный коэффициент теплопередачи

k₁ = 1 / ( 1/ α₁*d₁ ) + (1 / 2*λ) * ln( d₂/d₁) + ( 1/ α₂*d₂ ) = 10.2

5.Определение поверхности теплообмена

Общая длинна теплообменника

L = Q₁ /( k₁ * π * ∆t ) = 480 м

Поверхность теплообмена

F = π * d₁ * L = 3.14 * 0.032 * 480 = 48 м²

Число секций

Z = L / l₁ = 480 / 1.5 = 400