- •Методические указания
- •1 Формулировка задания и его объем
- •1.1 Задание к контрольной работе
- •2 Общие требования к написанию контрольной работы
- •3 Рекомендации по организации выполнения контрольной работы, примерный календарный план ее выполнения
- •3.1 Расчет и анализ термодинамического процесса
- •3.2 Расчет тепловой изоляции теплообменного аппарата
- •3.3 Проектный расчет теплообменного аппарата
- •4 Порядок защиты и ответственность студента за выполнение контрольной работы
- •5 Список рекомендуемой литературы
- •5.1 Основная литература
- •5.2 Дополнительная литература
- •Приложение 1
- •Приложение 2 – Средняя массовая теплоемкость при постоянном
- •3.4 Примерный календарный план выполнения контрольной работы
- •5.3 Теплофизические характеристики перегретого водяного пара в зависимости от давления , бар и температуры, ºС
- •Приложение 6 – Физические свойства воды на линии насыщения
- •Методические указания
3.2 Расчет тепловой изоляции теплообменного аппарата
Требуемое суммарное термическое сопротивление изоляции трубопровода:
|
|
(1) |
где
– удельные потери тепла трубопровода
(аппарата), которые определяются
по формуле:
|
|
(2) |
где
– коэффициент теплоотдачи от трубопровода
к воздуху;
.
–
температура покровного слоя.
Коэффициент теплоотдачи от трубопровода к воздуху определяется из критериального уравнения для свободной конвекции:
|
|
(3) |
где
и
– коэффициенты критериального уравнения,
определяемые по
таблице
3.1;
– критерий Грасгофа;
– критерий Прандтля.
Таблица 3.1
|
|
Режим движения |
|
|
|
|
ламинарный |
1,18 |
1/8 |
|
|
переходный |
0,54 |
1/4 |
|
|
турбулентный |
0,135 |
1/3 |
Требуемое термическое сопротивление изоляции:
|
|
(4) |
где
.
– термическое сопротивление покровного
(защитного) слоя:
|
|
(5) |
где
– термическое сопротивление переходу
теплоты от поверхности конструкции к
воздуху,
|
|
(6) |
где
–
коэффициент теплопроводности покровного
слоя;
.,
–
наружный диаметр покровного слоя
изоляции и наружный диаметр изоляции,
|
|
(7) |
где
.
– толщина покровного слоя.
Значение
наружного диаметра изоляции
предварительно задается и уточняется
последовательным приближением при
.
Необходимая толщина изоляции трубопровода (аппарата) определяется по формуле:
|
|
(8) |
где
– коэффициент теплопроводности изоляции;
– наружный диаметр трубопровода
(аппарата).
Полученный результат округляется до ближайшего целого значения, кратного 10 мм.
Определяют наружный диаметр изоляции и покровного слоя, по которым затем уточняют фактическое термическое сопротивление:
|
|
(9) |
|
|
(10) |
Уточняют
величину удельных теплопотерь и
температуру наружной поверхности
изоляции, считая
.
Диаметр изоляции должен быть
|
|
(11) |
Материал изоляции выбран правильно, если удовлетворяется условие
|
|
(12) |
3.3 Проектный расчет теплообменного аппарата
Требуемая поверхность нагрева теплообменника по обеим схемам включения (прямоток, противоток) находится исходя из основного уравнения теплопередачи:
|
|
(13) |
где
–
тепловая нагрузка аппарата, Вт;
–
коэффициент теплопередачи рабочей
поверхности теплообмена, Вт/(м2
K);
– средний температурный перепад между
греющей и нагреваемой водой, oС.
Тепловую нагрузку определяют по уравнению теплового баланса аппарата
|
|
(14) |
Из
приведённого балансового уравнения
может быть найдена температура греющей
воды на выходе из теплообменника
.
Физические параметры греющей и нагреваемой воды находят по уравнениям теплофизических свойств воды (Приложение 4) или по таблице физических свойств воды (Приложение 5) при средней температуре теплоносителя
|
|
(15) |
Скорости движения теплоносителей определяют по формулам
|
|
(16) |
|
|
(17) |
где
,
– наружный диаметр внутренней трубы.
Расчёт
коэффициента теплопередачи (K)
производят по формуле для плоской
стенки, поскольку соотношение диаметров
греющей поверхности аппарата значительно
меньше 1,8 (
)
|
|
(18) |
где
и
– коэффициенты теплоотдачи соответственно
с внутренней и наружной стороны греющей
поверхности, Вт/(м2
K).
Коэффициенты
и
определены из уравнения
|
|
(19) |
где
– определяющий геометрический размер,
;
–
коэффициент теплопроводности жидкости,
Вт/(м K);
– критерий Нуссельта.
При
подсчёте коэффициента теплоотдачи с
внутренней поверхности греющей трубы
(
)
использовать формулы:
а)
для турбулентного режима движения (
)
|
|
(20) |
б)
для переходного режима движения (
)
|
|
(21) |
при
этом,
взять из таблицы 3.2.
Таблица 3.2 – Значения поправочного коэффициента K0 переходного режима
|
|
2,1 |
2,2 |
2,3 |
2,4 |
2,5 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
|
1,9 |
2,2 |
3,3 |
3,8 |
4,4 |
5,0 |
10,3 |
15,5 |
19,5 |
27 |
33,3 |
в)
для ламинарного режима движения (
)
|
|
(22) |
Индексы «ж» и «с» означают, что физические константы жидкости взяты соответственно при средней температуре жидкости и средней температуре стенки.
Значения поправочного коэффициента на длину трубы εе принять из таблицы 3.3.
Таблица 3.3 – Значения поправочного коэффициента на длину трубы εе
|
|
1 |
2 |
5 |
10 |
15 |
20 |
30 |
40 |
50 | |
|
εе |
Ламинар ный режим |
1,9 |
1,7 |
1,44 |
1,28 |
1,18 |
1,13 |
1,05 |
1,02 |
1,0 |
|
Турбулентный режим |
1,5 |
1,4 |
1,23 |
1,14 |
1,10 |
1,08 |
1,04 |
1,02 |
1,0 | |
Для
определения коэффициента теплоотдачи
с наружной поверхности греющей трубы
(
,
использовать
те же формулы по расчёту критерия
Нуссельта, вводя дополнительный множитель
).
В качестве определяющего размера (диаметра) в расчётах использовать эквивалентный диаметр, равный:
|
|
(23) |
Используемые
в расчётных уравнениях «а», «б», «в»
критерии Рейнольдса (
),
Прандтля (
)
и Грасгофа (
)
определять по формулам:
|
|
(24) |
|
|
(25) |
|
|
(26) |
где
– коэффициент объёмного расширения;
g = 9,81 м/сек2 – ускорение свободного падения.
Для
каждой схемы включения аппарата средний
температурный напор (
)
определять как среднелогарифмический
|
|
(27) |
где
и
– наибольший и наименьший температурные
перепады между греющим теплоносителем
и нагреваемой водой.
Расчёт
числа секций теплообменника (
)
произвести по формуле
|
|
(28) |
где
,
м2
– площадь греющей поверхности одной
секции.

,
,
,
,
,
,