🗊Презентация Расчет теплообменных аппаратов

Содержание семинара Введение. Применение водоподогревателей. Оборудование для нагрева воды в системах горячего водоснабжения Тепловой и гидравлический расчет теплообменных аппаратов. Расчет трубчатых теплообменных аппаратов. Сравнение пластинчатых и трубчатых теплообменных аппаратов. Расчет теплообменников на ПК.

Введение При расчете теплообменных аппаратов определяют коэффициенты теплопередачи и расчётную теплообменную поверхность F. Теплообменные аппараты применяют в теплогенерирующих установках, в водяных экономайзерах и воздухоподогревателях, а также применяют в системах отопления и горячего водоснабжения. Коэффициенты теплоотдачи рассчитываются с помощью критериальных уравнений, выбор соответствующего типа критериального уравнения должен производиться самостоятельно в соответствии со схемой аппарата, направлением потоков и режимами течения теплоносителей. Количество передаваемого тепла и расчётная теплообменная поверхность теплообменного аппарата определяются путем решения системы уравнений теплового баланса и теплопередачи. Потери давления в теплообменных аппаратах рассчитываются с учетом потерь по длине трубок и потерь на местных сопротивлениях и определяют по формуле, Па: (1) где λ – коэф. гидравлических потерь по длине труб, L – длина труб, м; d - диаметр трубы, м; - сумма коэффициентов местных сопротивлений; Рд - динамическое давление, Па; Ri – удельные потери давления на трение с учетом зарастания труб, Па/м; w – скорость воды, м/с; ρ - плотность воды, кг/м3; Км = Рд – коэффициент, учитывающий потери на местных сопротивлениях.

Схемы горячего водоснабжения с теплообменниками

Схема теплового пункта ГВС с двухступенчатым подогревателем

Теплопередача через плоскую стенку

Расчет рекуперативного теплообменника При выполнении теплотехнического расчета рекуперативного теплообменника требуется: 1. Выбрать конструкцию рекуператора, соответствующую исходным данным; 2. Выполнить конструктивный расчет рекуператора с определением его основных геометрических размеров; 3. Выполнить поверочный расчет рекуператора; 4. Представить схематичный чертеж продольного и поперечного разреза разработанного рекуператора с указанием полученных в ходе расчета геометрических размеров. Тепловой поток, передаваемый в теплообменнике определяют из теплового баланса: (6) где индекс 1 – относится к параметрам греющего теплоносителя; индекс 2 – к параметрам нагреваемого теплоносителя; индекс ׳ - обозначает параметры теплоносителей на входе в теплообменник; индекс ″ - параметры любого из теплоносителей на выходе из теплообменника; G— массовый расход теплоносителя, кг/с; c — его изобарная теплоемкость, Дж/(кг·К); t — температура теплоносителя, 0С. Средняя температура горячего теплоносителя: (7) а нагреваемого теплоносителя: (8)

Расчет рекуперативного теплообменника По средней температуре теплоносителей по таблицам теплофизических свойств воды находят среднюю теплоемкость, среднюю плотность, вязкость и др. параметры теплоносителей. Выбирают обычно противоточную схему движения теплоносителей. Она предпочтительнее прямоточной, так как позволяет получить больший средний температурный напор и, тем самым, уменьшить требуемую площадь поверхности теплообмена. На рис. 4. показана зависимость изменения температур греющего и нагреваемого теплоносителя по длине (или площади) поверхности теплообмена. Больший температурный напор: (9) Меньший температурный напор: (10) Средний логарифмический напор: (11) Рис. 4. Схема температурных напоров.

Расчет рекуперативного теплообменника По уравнению теплового баланса (6) находят тепловой поток Q. Площадь поверхности теплообмена F находят из основного уравнения теплопередачи (4) (12) где К — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2∙К); F — площадь поверхности, м2. На начальном этапе ни коэффициент теплопередачи в теплообменнике, ни площадь поверхности теплообмена не известны. Поэтому, величиной коэффициента теплопередачи приходится задаваться. В дальнейшем расчете, когда уже известна геометрия проточной части теплообменника, выполняется уточненный расчет коэффициента теплопередачи, в результате чего уточняется величина площади поверхности теплообмена. Ориентировочные значения коэффициента теплопередачи представлены в Табл. 1. Следует отметить, что в Табл. 1 меньшие значения коэффициента теплопередачи относятся к условиям естественной конвекции, а большие — характерны для вынужденной конвекции. Зная тепловой поток Q, можно рассчитать массовый расход греющего теплоносителя (13) Далее определения конструкции теплообменника задаются скоростью воды в трубках . Рекомендуют скорости напорного движения жидкостей .

Ориентировочные значения коэффициентов теплопередачи

Расчет рекуперативного теплообменника По каталогу размеров труб выбирают размер dхδ, т.е. наружный диаметр и толщину стенки δ, мм. Тогда внутренний диаметр трубки: (14) Соответственно, средний диаметр трубки (15) Тогда требуемое число трубок можно определить из уравнения неразрывности: (16) где — площадь проходного сечения для нагреваемого теплоносителя, м2; n — число трубок в пучке. (17) Приняв расчетное число трубок в пучке n , уточняют значение скорости нагреваемого теплоносителя в трубках (18) Расчет площади поверхности теплообмена ведут по среднему диаметру теплопередающих трубок: , (19) где l — длина трубок в пучке, м. (20)

Геометрия поперечного сечения теплообменника Принимают один из основных вариантов размещения трубок в трубном пучке — по шестиугольникам или по концентрическим окружностям. Шаг между трубками обычно выбирают в пределах . Чем меньше шаг между трубками, тем меньше площадь сечения для движения теплоносителя в межтрубном пространстве, т.е. тем выше скорость его движения. Однако, с уменьшением шага растут технологические проблемы крепления трубок в трубных решетках. Минимальный зазор между крайними трубками и корпусом теплообменника из условий прочности обычно принимается равным k ≥ 5 мм. Тогда внутренний диаметр корпуса теплообменника будет равен . (21) Площадь сечения теплообменника для движения греющего теплоносителя, т.е. площадь поперечного сечения межтрубного пространства: (22) Скорость движения греющего теплоносителя в межтрубном пространстве . (23) На основании этого этапа расчетов необходимо сделать анализ полученных результатов. Полученные скорости движения теплоносителей укладываются в рекомендуемый диапазон. Поперечное сечение и оценочная длина теплообменника близки к размерам стандартных секционных рекуператоров.

Геометрия поперечного сечения теплообменника

Пример расчета рекуперативного теплообменника Исходные данные для расчета: 1. Средняя температура горячего теплоносителя по уравнению (7) а для нагреваемого теплоносителя: 2. По средней температуре теплоносителей по таблицам теплофизических свойств воды находим среднюю теплоемкость с2=4,175·103 Дж/(кг·К) 3. Передаваемый в теплообменнике тепловой поток по уравнению (6) : 4. Исходя из схемы противотока, с учетом численных значений температур теплоносителей на входе и выходе из теплообменника, получаем: больший температурный напор: меньший температурный напор: Средний логарифмический температурный напор:

Пример расчета рекуперативного теплообменника

Геометрия сечения рекуперативного теплообменника

Уточненный расчет рекуперативного теплообменника

Уточненный расчет рекуперативного теплообменника

Уточненный расчет рекуперативного теплообменника

Определение размеров рекуперативного теплообменника

Расчет теплообмен- ника в среде MathCAD

Расчет теплообменника в среде MathCAD (продолжение)

Уточненный расчет в среде MathCAD

Расчет кожухотрубного теплообменника в Excel

Сравнение пластинчатого и кожухотрубного теплообменника Таблица 1. Сравнительная характеристика пластинчатого и кожухотрубного теплообменника

ЛИТЕРАТУРА Основная литература: 1. Свод правил СП 30.13330.2012. Актуализированная редакция СНиП 2.04.01-85*. Внутренний водопровод и канализация зданий" Дата введения 1 января 2013 г. (http://www.center-pss.ru/stn/sp30-13330-2012.pdf) 2. Теплоснабжение: Учебник для вузов/ Под ред. проф. А. А. Ионина/. — M.: Стройиздат, 1982.—336 с. 3. Тихомиров, К.В. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция: учеб. для вузов/ К.В. Тихомиров, Э.С. Сергеенко.– М.: Стройиздат, 2007.– 480 с. 4. Кононова, М.С., Воробьева Ю.А. Теплогазоснабжение с основами теплотехники. Воронеж 2014, - 60 с. 5. СНиП 31-01-2003. Здания жилые многоквартирные. – Введен 2003-06-23. – М.: ГП ЦПП, 2003. – 20 с. 6. СНиП 23-01-99. Строительная климатология. – Введ. 1999-06-11. –М.: ГУП ЦПП, 2000. – 71 с. 6. Теплогазоснабжение многоквартирного жилого дома. Учебно-методическое пособие/Д.М. Чудинов и др./ Изд.Воронежского ГАСУ, 2014,89 с.

ЛИТЕРАТУРА Дополнительная литература: 1. Бирюзова Е.А. Теплоснабжение. Часть 1. Горячее водоснабжение [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Бирюзова Е.А.— Электрон. текстовые данные.— СПб.: Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, ЭБС АСВ, 2012.— 192 c 2. Подпоринов Б.Ф. Теплоснабжение [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Подпоринов Б.Ф.— Электрон. текстовые данные.— Белгород: Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, ЭБС АСВ, 2011.— 267 c. 3. Новопашина Н.А. Газопотребление и газораспределение. Часть 2. Надежность систем газоснабжения [Электронный ресурс]: учебное пособие для вузов/ Новопашина Н.А., Филатова Е.Б.— Электрон. текстовые данные.— Самара: Самарский государственный архитектурно-строительный университет, ЭБС АСВ, 2011.— 152 c. 4. Шарапов В.И. Регулирование нагрузки систем теплоснабжения [Электронный ресурс]: монография/ Шарапов В.И., Ротов П.В.— Электрон. текстовые данные.— М.: Новости теплоснабжения, 2007.— 165 c. 5. Ефремов Г.И. Моделирование химико-технологических процессов. Учебник, М., ИНФРА-М, 2016.—255 c.