Тепловой и гидромеханический расчёт пластинчатых теплообменников
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
? теплоносителейПрямоток
Параллельное однонаправленноеПротивоток
Параллельное противоположно направленноеОднократный перекрестный токОба теплоносителя абсолютно не перемешаныВзаимно перпендикулярноеОба теплоносителя идеально перемешаныОдин теплоноситель идеально перемешан, другой абсолютно не перемешанСмешанный ток при различном числе ходовТри хода, В=2Одно- и противоположно направленноеПять ходов, В=1,5
. Средний температурный напор
Широко распространенные методы теплового расчета ТА базируются на их моделях с сосредоточенными параметрами. Изменяющиеся в общем случае в результате изменения температур теплоносителей теплофизические свойства теплоносителей, коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи, а также температурный напор в моделях с сосредоточенными параметрами принимают равномерно распределенными во всем объеме аппарата. Это допущение позволяет использовать уравнение, согласно которому средний температурный напор:
Ниже приведены уравнения для расчета в ТА с различными схемами тока.
Противоток.
.
Прямоток.
.
Однократный перекрестный ток.
.
4. Порядок теплового расчета ТА
Заданными являются площадь поверхности теплопередачи и любая пара температур из набора .
. Задают значение еще одной концевой температуры; например: если заданы , то задают значение по условиям эксплуатации или технологии.
. Определяют значение неизвестной концевой температуры из уравнения теплового баланса:
. Рассчитывают средний температурный напор противоточной схемы тока для заданных значений температур.
. Находят коэффициенты теплоотдачи: от греющего теплоносителя к стенке, разделяющей теплоносители, и от стенки к нагреваемому теплоносителю, а также коэффициент k теплопередачи.
. По уравнению теплопередачи определяют требуемую для обеспечения температур площадь поверхности теплопередачи
,
а затем коэффициент запаса
.
Если , то расчет заканчивают, если , то назначают новые, скорректированные по результатам выполненного расчета значения концевых температур и расчет повторяют вновь до получения .
Корректировка заключается в уменьшении перепадов температур
и .
. Расчет ТОА по методу тепловой эффективности
Рассмотрим случай, когда температура вдоль поверхности теплообмена изменяется незначительно () и распределение температуры по длине поверхности можно принять линейным. Средний температурный напор в этом случае:
. (а)
Из уравнения теплового баланса определяем и :
(б)
В результате получим уравнение теплопередачи и, решив его относительно Q, Вт, получим:
(в)
Подставляя полученное значение Q в уравнение (б), найдем искомые температуры теплоносителей на выходе из аппарата.
Прямоточная схема движения теплоносителей
Изменение температуры первичного теплоносителя :
Выражение
является функцией только и может быть заранее рассчитано и табулировано.
Изменение температуры вторичного теплоносителя:
.
Окончательно можно записать так:
.
Количество переданной теплоты:
.
Противоточная схема движения теплоносителей
,
Где
.
6. Гидромеханический расчет ТА
Основная задача гидромеханического расчета ТА-определение потери давления теплоносителя при прохождении его через аппарат.
Полный перепад давления, необходимый при движении жидкости или газа через теплообменник:
,
где сумма сопротивления трения на всех участках поверхности теплообмена (каналов, пучков труб, стенок и др.);сумма потерь давления в местных сопротивлениях; сумма потерь давления, обусловленных ускорением потока; суммарная затрата давления на преодоление самотяги.
Потери давления на преодоление сил трения при течении несжимаемой жидкости в каналах на участке безотрывного движения в общем случае:
,
где l-полная длина канала;d-гидравлический диаметр, который в общем случае ищется как (f-поперечное сечение канала; u-периметр поперечного сечения); и w -средняя плотность жидкости или газа в канале, кг/м, и средняя скорость, м/с; -коэффициент сопротивления трения.
Местные сопротивления определяются по формуле
,
где -коэффициент местного сопротивления; измеряется в Па.
Потеря давления, обусловленная ускорением потока вследствие изменения объема теплоносителя при постоянном сечении канала,
,
где и -скорость, м/с, и плотность газа, кг/м, соответственно во входном и выходном сечениях потока.
Если аппарат сообщается с окружающей средой, необходимо учитывать сопротивление самотяги:
,
где h-расстояние по вертикали между входом и выходом теплоносителя, м;
и -средние плотности теплоносителя и окружающего воздуха, кг/м; измеряется в Па.
Знак +берется при движении теплоносителя сверху вниз, -- при движении снизу вверх.
Гидравлическое сопротивление предопределяет мощность, необходимую для перемещения теплоносителя через ТА.
Мощность N, Вт, на валу насоса или вентилятора:
,
где V - объемный расход жидкости, м/с;
G - массовый расход жидкости, кг/с;
- полное сопротивление,