РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ и ГАЗА

им. И. М. Губкина

ФАКУЛЬТЕТ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

КАФЕДРА ТЕРМОДИНАМИКИ И ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Курсовая работа по теплотехнике

«Тепловой и гидравлический расчет теплообменного аппарата»

Задание №2

Научный руководитель,

доцент И. И. Иванов

Выполнил,

студент группы ХХ-08-1 П. П. Петров

Работа принята:

Оценка:

Москва

2010

Оглавление

Введение. 3

Конструктивный тепловой расчет. 5

Проверочный тепловой расчет. 10

Гидравлический расчет теплообменного аппарата. 11

Графическая часть. 12

Список использованной литературы: 13

Введение

Теплообменными аппаратами (ТА) называются устройства, предназначенные для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. Теплообменные аппараты широко применяются в нефтедобывающей, газовой, нефтеперерабатывающей и химической промышленности.

Все теплообменные аппараты по способу передачи теплоты могут быть разделены на две большие группы: поверхностные и смесительные. В поверхностных аппаратах теплоносители отделены друг от друга твердой стенкой (такие аппараты называются рекуперативными), либо поочередно контактируют с одной и той же стенкой (такие аппараты называются регенеративными).

Рекуперативные теплообменные аппараты можно, в свою очередь, классифицировать:

1. По взаимному направлению потоков теплоносителей:

- прямоточные (прямоток), когда оба теплоносителя движутся параллельно в одном направлении;

- противоточные (противоток), когда оба теплоносителя движутся в противоположных направлениях;

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

- с перекрестным током – теплоносители движутся во взаимно перпендикулярных направлениях, однократно или многократно;

- с более сложными схемами различного сочетания прямотока, противотока и перекрестного тока.

2. По роду теплоносителей:

- аппараты, в которых оба теплоносителя не меняют своего агрегатного состояния (газо-газовые, жидко-жидкостные, газожидкостные);

- аппараты, в которых изменяется агрегатное состояние одного теплоносителя, - конденсаторы (горячего теплоносителя), парогенераторы, испарители (холодного теплоносителя);

- аппараты, в которых изменяются агрегатные состояния обоих теплоносителей (конденсаторы – испарители).

3. По конструктивному оформлению:

- трубчатые;

- трубчато-ребристные;

- пластинчатые;

- пластинчато-ребристые;

- трубчато-пластинчатые.

Наиболее распространенной конструкцией являются трубчатые аппараты. Поверхность теплообмена таких аппаратов состоит из одной или нескольких труб. Простейший теплообменник – типа «труба в трубе» - состоит всего из одной трубы, которая внутри омывается одним теплоносителем, а снаружи - другим, который протекает в кольцевом пространстве между теплообменной трубой и кожухом. Если теплообменник состоит из нескольких труб, то они собираются в трубный пучок с помощью трубных досок. Трубы с трубными досками заключены в кожух.

В инженерной практике при выборе теплообменного аппарата необходимо провести конструктивный и проверочный тепловые расчеты, а также гидравлический расчет теплообменных аппаратов.

Конструктивный тепловой расчет проводится для того, чтобы выбрать теплообменный аппарат при их серийном производстве на заводах или спроектировать новый аппарат. В результате конструктивного расчета выбирается тип аппарата, его конструкция, схема течения теплоносителей, материал для изготовления отдельных элементов и определяется размер и масса теплообменного аппарата.

Проверочный тепловой расчет проводится с целью определить мощность теплообменного аппарата и конечные температуры теплоносителей, омывающих поверхность нагрева теплообменного аппарата, конструкция и площадь поверхности нагрева которого известны. Проверочный расчет обычно выполняется тогда, когда необходимо выяснить возможность использования уже установленного или проектируемого теплообменного аппарата в условиях, отличных от расчетных.

Гидравлический расчет теплообменного аппарата необходим для определения перепадов давлений теплоносителей и мощностей насосов и компрессоров, перекачивающих теплоносители.

Конструктивный тепловой расчет

Теплофизические свойства горячего теплоносителя:

Определим мощность ТА:

Q=3⋅2100⋅40⋅0,95=239400 Вт

Определяем температуру выхода холодного теплоносителя, методом итерации:

, где при t = 5℃

tх, вых1 = 5+239400/(5⋅4203) = 16,39 ℃

tx, m=(16,39+5)/2=10,69 ℃

tх, вых2 = 5+239400/(5⋅4191) = 16,42 ℃

| tх, вых2 - tх, вых1 | < 0,15 => tх, вых=16,42℃

Теплофизические свойства холодного теплоносителя:

Средняя разность температур между теплоносителями:

Предварительные площади проходных сечений:

Предварительно выбираем по каталогу ТА:

ТТ108/159-16/16

Теплообменная труба dн×δd, мм = 108×5

Кожуховая труба Dн×δD, мм = 159×5

Номинальная площадь проходных сечении, см2:

внутри теплообменной трубы – 75;

в кольцевом пространстве – 83

Номинальная наружная поверхность теплообмена, м2, при длине кожуховой трубы l, м:

l, м	4,5	6,0	9,0
F, м2	6,1	8,2	12,2

Скорость горячего теплоносителя в трубе:

Число Рейнольдса

Режим течения турбулентный.

Используя метод итерации, при котором выполняется условие | tc(n+1) – tc(n)|<0,15, найдем αг и αх.

Скорость холодного теплоносителя в кольцевом пространстве:

Число Рейнольдса

Режим течения турбулентный.

| tc(2) – tc(1)|=| 16,09-35,35| > 0,15 => Находим αг и αх при tc(2).

Prг, с(2)=65

Prх, с(2)=8,23

| tc(3) – tc(2)|=| 16,38-16,09| > 0,15 => Находим αг и αх при tc(3).

Prг, с(3)=64

Prх, с(3)=8,21

| tc(4) – tc(3)|=| 16,37-16,38| < 0,15 =>

Коэффициент теплопередачи от горячего к холодному теплоносителю:

где Rз. тр и Rз. мтр - термические сопротивления загрязнений на внутренней и наружной поверхности теплообменных труб.

Rз. тр = 4⋅10-4 м2⋅К/Вт

Rз. мтр = 5,8⋅10-4 м2⋅К/Вт

Необходимая площадь поверхности теплообмена:

Fст=12,2 м2

L=9 м

n=2 (количество теплообменников).

Проверочный тепловой расчет

Определим действительную тепловую мощность выбранного ТА.

где Wm – приведенный водяной эквивалент, Fст – площадь поверхности теплообмена выбранного стандартного теплообменного аппарата; k – коэффициент теплопередачи.