Расчет секционного водоводяного подогревателя

Министерство образования и науки Российской Федерации

Бирский филиал государственного бюджетного образовательного

учреждения высшего профессионального образования

«Башкирский государственный университет»

Кафедра технологического образования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине

«Теплотехника»

 

Расчет секционного водоводяного

подогревателя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент 3 курса ОЗО, направления

«Инженерная защита окружающей среды»

________Янситов А.В. «__»____________2013 г.

Научный руководитель: канд.техн.наук, доцент

_________Зинов И.А. «__»_____________2013 г.

 

 

 

 

 

 

Бирск 2013

Оглавление

 

Задание на  курсовую работу	3
2. Введение	5
3. Цель курсовой работы	6
4. Глава I.   Теоретическая часть    1.1.   Классификация теплообменных аппаратов. Теплоносители    1.2.  Конструкции теплообменных аппаратов	7 11
5. ГлаваII.   Расчетная часть     2.1.  Расчет секционного водоводяного подогревателя.      2.2.   Таблица полученных результатов расчетов     2.3.  Чертёж рассчитанного теплообменника     2.4.  Спецификация	15 22 25 26
6.   Заключение	27
7.   Использованная литература	28

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание на курсовую работу

 

Министерство образования и науки Российской Федерации

Бирский филиал государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Башкирский государственный университет»

Кафедра технологического образования

 

Задание на курсовую работу

по дисциплине “Гидравлик и теплотехника”

 

студенту         Янситову А.В.             группы      2     курса     3__

 

 

Произвести тепловой расчёт секционного водоводяного подогревателя.

Исходные данные приведены в варианте № 16  к курсовму проекту №2.

В число исходных данных входят:

- производительность подогревателя Q = 2,0*106 ккал/час

- температура  нагреваемой воды на входе  в подогреватель t21 = 45 0С

и на выходе из подогревателя t211 = 95 0С ;

- влияние  загрязнения поверхности нагрева  подогревателя и снижения коэффициента теплопередачи при низких температурах воды учесть коэффициентом β=0,65 ;

- поверхность  нагрева - стальные трубы (принять  коэффициент теплопроводности стали равным λ ≈ 39 ккал/мчасК)

диаметром dвн = 14мм., dн=16мм;

- температура  греющей воды на входе t11 = 180 0С, а на выходе t111 = 80 0С;

- скорость  воды Wt в трубках принять по возможности близкой

к Wт = 0,9м/c.

Для упрощения расчетов принять плотность воды ρв=1000кг/м3.

На основе расчетов выбрать аппарат, выпускаемый серийно [1,2].

К защите курсовой работы подготовить расчётно-пояснительную записку и эскизный чертёж подогревателя.

Рекомендуемая литература

1. Пособие  по курсовой работе по дисциплине  “Теплотехника”. ВГИПУ. г.Н.Новгород. 2006.

2. П.Д. Лебедев, А.А. Щукин. Теплоиспользующие установки  промышленных предприятий. “ЭНЕРГИЯ”. Москва. 1979.

 

 

Срок сдачи законченной курсовой работы_______________

Дата выдачи задания_________________________________

 

 

Разработал

Доцент кафедры

технологического образования

Зинов И.А.   

 

Введение

Теплообменные аппараты получили чрезвычайно широкое распространение в быту, промышленности и в науке. К ним относятся, например, отопительные приборы и элементы кондиционеров, радиаторы систем охлаждения транспортных двигателей, конденсаторы и котельные установки паровых турбин, теплообменники газотурбинных установок перекачки газа, теплообменные аппараты холодильных установок, теплообменники систем жизнеобеспечения в авиационной и космической технике. Студентам технических ВУЗов необходимо  приобрести навыки выполнения тепловых и компоновочных расчётов широко распространённых теплообменных аппаратов. Для этого студент должен уметь использовать уравнение теплоотдачи Ньютона – Рихмана, одномерное уравнение теплопроводности плоской многослойной стенки, уравнение теплопередачи, иметь представление о теории подобия и уметь определять коэффициенты теплоотдачи при течении жидкости и газа, а также при конденсации насыщенного пара на трубах и в каналах теплообменных аппаратов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Цель курсовой работы

 

1. Закрепление полученных студентами теоретических знаний о распространении тепла в пространстве конвекцией, теплопроводностью и при теплопередаче.

2. Приобретение практических  навыков в расчётах коэффициентов  теплоотдачи при течении жидкостей и газов, а также при конденсации влажного насыщенного пара в теплообменных аппаратах.

3. Обучение правилам  и приёмам использования теории  подобия в гидродинамических  и тепловых процессах.

4. Освоение методов  расчёта теплообменных аппаратов.

5. Закрепление знаний в области устройства теплообменных аппаратов.

6.  Приобретение навыков использования справочных данных по теплофизическим свойствам теплоносителей и эскизов конструкций, широко применяемых промышленных теплообменных аппаратов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава I. Теоретическая часть

1.1. Классификация теплообменных аппаратов. Теплоносители 

Теплообменными аппаратами (теплообменниками) принято называть устройства, предназначенные для передачи тепла от одних тел к другим. В теплообменных аппаратах могут происходить различные тепловые процессы: изменение температуры, испарение, кипение, конденсация, расплавление, затвердевание и, наконец, более сложные, комбинированные процессы. Количество тел, участвующих в этих процессах, может быть больше двух, а именно: тепло может передаваться от одного тела к нескольким другим телам или, наоборот, от нескольких тел к одному. Эти тела, отдающие тепло, принято называть теплоносителями.

Классификация теплообменных аппаратов. Теплообменные аппараты имеют большое распространение во всех областях промышленности и широко применяются в теплосиловых установках. В зависимости от назначения теплообменные аппараты называются подогревателями, конденсаторами, испарителями, паропреобразователями и т. д.  [ 1, с.12-13]

По принципу действия теплообменные аппараты делятся на поверхностные и смесительные.

В поверхностных аппаратах теплоносители разделены твердыми теплопроводными стенками, через которые происходит теплообмен между теплоносителями. Та часть поверхности стенок, через которую передается тепло, называется поверхностью нагрева.

В свою очередь поверхностные теплообменные аппараты делятся на рекуперативные и регенеративные.

Если теплообмен между теплоносителями происходит через разделительные стенки, то теплообменник называют рекуперативным. В аппаратах этого типа в каждой точке разделительной стенки тепловой поток сохраняет постоянное направление.

Если же два или больше теплоносителей попеременно соприкасаются с одной и той же поверхностью нагрева, то теплообменный аппарат называют регенеративным. В период соприкосновения с одним из теплоносителей стенки аппарата получают тепло и аккумулируют его; в следующий период соприкосновения другого теплоносителя с той же поверхностью стенок аккумулированное тепло передается теплоносителю. Направление теплового потока во втором периоде изменяется на противоположное.

В большинстве рекуперативных аппаратов осуществляется непрерывная передача тепла через стенку от одного теплоносителя к другому. Эти аппараты, как правило, являются аппаратами непрерывного действия. Рекуперативные аппараты, в которых производится периодический нагрев или охлаждение одного из теплоносителей, относят к аппаратам периодического действия. [ 5,]

Регенеративные теплообменники в большинстве случаев являются аппаратами периодического действия; в них разные теплоносители поступают в различные периоды времени. Непрерывная работа осуществляется в таких аппаратах лишь в том случае, если они снабжены движущимися стенками или насадками, попеременно соприкасающимися с потоками разных теплоносителей и непрерывно переносящими тепло из одного потока в другой.

В смесительных теплообменных аппаратах тепло- и массообмен осуществляется путем непосредственного контакта и смешения жидких и газообразных теплоносителей.

В зависимости от назначения производственных процессов в качестве теплоносителей могут применяться самые различные газообразные, жидкие и твердые тела. [ 3]

Водяной пар, как греющий теплоноситель, в теплообменных аппаратах получил большое распространение благодаря ряду его достоинств. Его можно транспортировать по трубопроводам на значительные расстояния (до нескольких сотен метров). Интенсивная теплоотдача от конденсирующегося водяного пара способствует уменьшению поверхности теплообмена. Конденсация водяного пара сопровождается большим уменьшением его энтальпии; благодаря этому для передачи сравнительно больших количеств тепла требуются небольшие весовые количества пара. Постоянство температуры конденсации при заданном давлении облегчает поддержание постоянства режима и регулирования процесса в аппаратах.

Основным недостатком водяного пара является неизбежное и значительное повышение давления с ростом температуры. Например, при давлении 0,981* 105 Па (1 кгс/см2) температура насыщенного пара составляет 99,1 °С, а температура насыщенного пара 309,5 °С может быть получена только при давлении 98,1 * 105 Па. Поэтому паровой обогрев применяется для процессов нагревания только до умеренных температур (порядка 60 – 150 °С). Обычно давление греющего пара в теплообменниках составляет от 1,96* 105 до 11,8 * 105 Па. Для высоких температур эти теплообменники очень громоздки (имеют толстые стенки и фланцы), весьма дороги и поэтому применяются редко. [ 5, с.32-33]

Горячая вода, как греющий теплоноситель, получила большое распространение, особенно в отопительных и вентиляционных установках. Она приготовляется в специальных водогрейных котлах, производственных технологических агрегатах (например, в печах) или водонагревательных установках ТЭЦ. Горячую воду, как теплоноситель, можно транспортировать по трубопроводам на значительные расстояния (на несколько километров). Понижение температуры воды в хорошо изолированных трубопроводах составляет не более 1 °С на 1 км.

Достоинством воды, как теплоносителя является сравнительно высокий коэффициент теплообмена. Однако горячая вода из тепловых сетей в производственных теплообменниках используется редко, так как в течение отопительного сезона температура ее не постоянна и изменяется от 70 до 130 °С, а в летнее время тепловые сети не работают. [ 5, с.45-47]

Дымовые и топочные газы применяются в качестве греющего теплоносителя, как правило, на месте их получения для непосредственного обогревания различных промышленных изделий и материалов, если качество последних несущественно изменяется при загрязнении сажей и золой. Если же загрязнение обрабатываемого материала недопустимо, то подогрев его дымовыми газами ведется посредством воздуха, который играет роль промежуточного теплоносителя, т. е. дымовые газы через теплопроводную стенку в рекуперативных теплообменниках отдают тепло воздуху, воздух – обрабатываемому материалу. Дымовые газы могут применяться в теплообменниках для нагрева, выпарки и термической обработки газообразных, жидких и твердых веществ.

[ 8, с.24-35]

Таблица 1.1.

Характеристика некоторых высокотемпературных теплоносителей.

Название теплоносителя	Химическая формула	Температура, °С
		отвердевания	кипения
Минеральные масла		0 – 15	215
Нафталин	С10Н8	80,2	218
Дифенил	С12Н10	69,5	255
Дифениловый эфир	(С6 Н5) О2	27	259
Дифенильная смесь	26,5% дифенила и 73,5% дифенилового эфира	12,3	258
Глицерин	С3 Н5 (ОН)3	- 17,9	290
Кремнеорганические соединения (тетракрезилоксисилан)	(СН3 С6 Н4 О)4	-(30 – 40)	440
Нитритнитратная смесь	7% NaNO3 + 40% NaNO2 + 53% KNO3	143	Выше 550
Натрий	Na	97,8	883