Файл: Министерство науки и высшегообразования российской федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования.docx
Добавлен: 05.05.2024
Просмотров: 23
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГООБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АРХИТЕКТУРЫ И СТРОИТЕЛЬСТВА
Кафедра «Теплогазоснабжение и вентиляция»
Расчетно-графическая работа
по дисциплине «Тепломассообмен»
Автор работы: Рожкова Маргарита Евгеньевна.
Группа: 20ст22
Специальность: 08.03.01 «Строительство» ________________
Обозначение: КР-2069059-08.03.01-200283-2022_____________
Руководитель работы: Орлова Н.А.
Дата выполнения работы: « ___ »______________ 2022 г ________________
г. Пенза 2022 г
Содержание
| Введение | 3 |
| 1. Формулировка задачи | 4 |
| 2. Исходные данные для расчета | 5 |
| 3. Проектный расчет | 6 |
| Список использованной литературы | 14 |
.
Введение
Современный этап развития промышленности и техники, широкое внедрение компьютерных технологий в инженерную практику требуют повышения уровня знаний специалистов в области фундаментальных наук. Именно на основе таких знаний можно совершенствовать и разрабатывать методы расчета процессов тепломассообмена и создавать новое технологические оборудование.
В курсе «Тепломассообмен» изучаются основные закономерности достаточно сложных явлений переноса теплоты и вещества. Важной задачей курса является привитие навыков расчета различных видов теплообменного оборудования, с которым часто приходится сталкиваться в практической деятельности. Развитию таких навыков и способствует
, наряду с практическими занятиями, выполнение расчетно-графической работы, включающей проектный и поверочный расчеты теплообменного аппарата.
-
Формулировка задачи
1. Определить полную поверхность нагрева, а также длину и количество отдельных секций (змеевиков) трубчатого змеевикового экономайзера парового котла, предназначенного для подогрева питательной воды в количестве ????2 температуры ????′2 до ????′′2. (Численные значения всех параметров задачи для каждого студента индивидуальны, определяются его порядковым номером N в списке группы и номером группы (табл. 1) и приведены после постановки задачи). Вода движется снизу вверх по чистым стальным трубам (????????=22 Вт/(м∙К)) диаметром ????1/????2 со средней скоростью ????2(рис.1). Дымовые газы (13% ????????2, 11% ????2O) движутся сверху вниз в межтрубном пространстве, средняя скорость в узком сечении трубного пучка - ????1. Расход газов - ????1, температура газов на входе в экономайзер - ????′1. Трубы расположены в шахматном порядке с шагами поперек потока газов ????1= 2,1????2 и вдоль потока ????2=2????2
В графической части записки привести схему экономайзера, а также рисунки изменения температур теплоносителей вдоль труб и распределения температуры в поперечном среднем сечении труб.
2 Исходные данные для расчета????′2=(110 + 1N)=(110+1·17)=127 °∁;
????′′2=(250 + 2N)=(250+2·17)=284 °∁;
????′1=(700 + 4N)=(700+4·17)=768 °∁;
????2 = (0,4 + 0,02N)=(0.4+0,02·17)=0,74 м/с;
????1=(10 + 0,2N)=(10+0,2·17)=13,4 м/с;
N =17;
????1 = 400 т/ч = 400/3,6 кг/с = 111,1 кг/с;
????2 = 200 т/ч = 200/3,6 кг/с = 55,5 кг/с
????1/????2 = 32/38 мм;
δ’=1,5 мм.
3 Проектный расчет
Сначала рассчитываем коэффициент теплоотдачи ????2 от внутренней поверхности трубы к потоку воды. Для этого находим среднею арифметическую температуру воды в трубе:
????2 = 0,5(????′2 + ????′′2) = 0,5(127 + 284) = 205,5℃.
При этой температуре выбираем необходимые физические свойства воды для расчета количества передаваемой теплоты и критериев Re и Nu:
ρ2 = 857,39 кг/м3, ????????2 = 4,5325 кДж/(кг ∙ К), ????2 = 0,653 Вт/(м ∙ К),
????2 = 0,155 ∙ 10−6 м 2 /с, ????????2 = 0,922.
Количество подводимой к воде теплоты найдем из уравнения теплового баланса:
???? = ????2 ∙ С????2(????2′′− ????2′) = 55,6 ∙ 4,5325 (127−284) = 39 ∙ 103 кВт.
Число Рейнольдса для потока воды:
????????2 = ????2????1/ ????2 = 0,74∙0,032/ 0,155∙10−6 = 1,527 ∙ 104.
Поскольку ????????2=1,527∙104>104, режим течения воды в трубе турбулентный. Так как коэффициент теплоотдачи со стороны воды много больше коэффициента теплоотдачи со стороны газов, температура внутренней поверхности трубы (на данной стадии расчета неизвестная) близка к температуре воды. На основании этого полагаем, что (????????????/????????????)0,25=1. Принимаем также, что длина трубы L (неизвестная) много больше ее диаметра L/????1> 50. В этом случае ????????= 1 и имеем:
Nu = 0,021 ∙????????0,8 ∙ ????????0,43 = 0,021∙ (1,527∙ 104) 0,8 ∙ 10,43 = 46,69.
Отсюда находим
????2 = Nu ∙????2 /????1 = 46,69∙ 0,65/ 0,032 = 948 Вт / (м2 ∙ К).
Приступаем к расчету коэффициента теплоотдачи с внешней стороны трубы. Для этого необходимо сначала определить температуру дымовых газов ????′′ 1 на выходе из экономайзера. Её находим с помощью уравнения теплового баланса
????′ 1 – ????′′ 1 = Q/????1 ∙ ????????1,
но здесь нам неизвестна величина ????????1, так как она определяется при средней арифметической температуре ????1 = 0,5(????′1 + ????′′1). Поэтому в качестве первого приближения выбираем ????????1 при начальной температуре дымовых газов ????′1 = 768℃ ????????1 = 1,256 кДж/(кг ∙ К). В этом случае:
????′1 – ????′′1 = 39 ∙ 103 /111,1 ∙1,256 = 279℃.
Температура газов на выходе ????′′1= 768 – 279 = 489℃.
Определяем среднюю арифметическую температуру дымовых газов:
????1 = 0,5 ( ????′1 + ????′′1 ) = 0,5(768 + 489) = 628,5℃.
При этом значении температуры дымовых газов находим величину ????????1 во втором приближении: ????????1=1,221 кДж/(кг ∙ К).
С этим значением ????????1 повторяем расчет ????′′
1, ????1 и получаем: ????′′1 = 482 ℃,
????1=625℃. Последнюю величину принимаем окончательной и при ????1=625℃ рассчитываем физические свойства дымовых газов:
????????1 = 1,221 кДж/(кг ∙ К), ????1 = 0,393 кг/м3 , ????1 = 0,0766 Вт/(м ∙ К),
????1 = 98,87 ∙ 10−6 м2/с, ????????1 = 0,617.
Число Рейнольдса для потока газов:
????????1 = ????1????2 /????1 = 10∙0,038/ 98,87∙ 10−6 =3843,4.
В этом режиме течения можно пользоваться критериальным уравнением для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией от потока газов к внешней поверхности труб. В связи с тем, что число рядов труб в пучке вдоль потока неизвестно, расчет ведем в предположении, что число рядов больше трех. При шахматном расположении чистых труб расчет ведем по уравнению:
Nu = 0,41????????0,6 ∙ ????????0,33 ∙ ???????? = 0,41(3843,4)0,6∙ (0,617)0,33 ∙0,9=44,52.
Здесь было учтено, что при ????1/????2 =1,05 имеем ???????? = (????1/????2)1/6 =1.
Тогда
????1k = Nu????1 /????2= 44,52∙0,0766/ 0,038 = 89,74 Вт/(м2 ∙ К).
Определяем коэффициент теплоотдачи ????1л излучением от потока дымовых газов к поверхности труб. Средняя длина пути луча в пучке труб:
ℓ=1,08????2[ ????1/????2∙????2/????2−0,785]=1,08∙0,038(2,1∙2–0,785)=0,1402 м.
Произведение средней длины пути луча на парциальное давление диоксида углерода и водяных паров:
????????????2 ∙ ℓ = 0,13 ∙ 0,01402 = 0,018 м. бар,
????????2???? ∙ ℓ = 0,11 ∙ 0,01402= 0,015 м. бар.
Степень черноты дымовых газов при средней их температуре ????1 =607,5℃:
???????? = ????????????2 + ???? ∙ ????????2???? = 0,024 + 1,1 ∙ 0,06 = 0,09.
Необходимая для расчета поглощательной способности газов АГ у поверхности труб величина температуры поверхности ???????? еще неизвестна. В первом приближении ее можно найти без учета лучистого теплообмена по формулам для плоской стенки:
????????1 = ????1 – q/????1????,
где q = (????1−????2)/(1/????1???? + ???? /???????? + 1/????2 )= (625−205,5) /(1/89,74+0,0025/22 +1/1462,5) = 35 ∙ 103 Вт/м2.
Тогда ????????1 = ????1 – q/????1к = 625– 35 ∙ 103/89,74 = 234℃
При температуре внешней поверхности трубы ????????1=234℃ находим поглощательную способность дымовых газов:
????г = ????????????2 (????????/????????1) 0,65 +???? ∙ ????????2???? = 0,024[(625 + 273)/(234+273)]
0,65 + 1,1∙ 0,06= 0,101.
Эффективная степень черноты оболочки (учитываем, что степень черноты чистой окисленной поверхности ???????? = 0,8) равна:
????′????= 0,5(???????? + 1) = 0,5 (0,8 + 1) = 0,9.
Плотность лучистого теплового потока:
????л = ????′???? ∙ ???????? [???????? (????????/100)4 -???????? (????????/100)4] = 0,9 ∙ 5,67 [0,09 ·[(625+273) /100] 4 – 0,101· [ (234+273) /100 ]4 ] = 2624 Вт/м2 .
Коэффициент теплоотдачи, обусловленный излучением, равен:
????л = ????л /(????1−????????1) = 2624/(625−234) = 6,49 Вт/(м2∙К).
Суммарный коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к поверхности труб:
????1 = ????1к + ????л = 89,74 + 6,49 = 96,23 Вт/ (м2 ∙ К).
После того, как определили коэффициенты теплоотдачи ????1, ????2 с обеих поверхностей трубы, можно рассчитывать и линейный коэффициент теплоотдачи:
????ℓ = 1/ (1 /????2∙????1+(1/2????????)???????? ????2/????1+1/????1∙????2) .
Но для дальнейших вычислений и анализа этот коэффициент удобнее выразить через линейное термическое сопротивление теплопередачи ????????:
????ℓ = 1 /???? = 1/( ????1+????????+????2) ,
где R - полное линейное термическое сопротивление, м ∙ К/Вт, трубы, равное сумме ????1+ ???????? +????2;
????1=1/(????1????2)-линейное термическое сопротивление теплоотдачи от потока дымовых газов к внешней поверхности, м ∙ К/Вт;
????????=(1/2????????)∙In(????2/????1)-линейное термическое сопротивление теплопроводности стенки трубы, м ∙ К/Вт;
????2=1/(????2????1)-линейное термическое сопротивление теплоотдачи от внутренней поверхности трубы к потоку воды, м ∙ К/Вт.
Находим эти величины:
????1 = 1/????1????2 = 1 /(96,23∙0,032) = 0,324 м ∙ К/Вт ;
????????= (1/2????????) In????2/????1 = (1/2 ∙0,0766)In 0,038/0,032 = 0,0065 м ∙ К/Вт ;
????2 = 1/????2????1 = 1/(948 ∙0,038) = 0,0277 м ∙ К/Вт ;
R = ????1 + ???????? + ????2 = 0,324 + 0,0065 + 0,0277 = 0,3484 м ∙ К/Вт
????1=1/???? =1/0,3484 = 2,87 Вт/(м ∙ К).
Определяем средний логарифмический температурный напор, приближению принимая схему движения теплоносителей за противоточную (точная схема – перекрестный ток с общим противотоком, при большом числе перекрестов она приближается к противоточной). Для этого находим разности температур теплоносителей на входе и выходе: