Разработка рекуперативного теплообменного аппарата для концевого охлаждения воздушно-компрессорной установки (стр. 1 из 3)

Содержание

1. Исходные данные

2. Математическая модель

2.1 Расчёт параметров теплоносителей

2.2 Полученные результаты

3. Теплофизические свойства теплоносителей

3.1 Горячий теплоноситель

3.2 Холодный теплоноситель

4. Эскизная компоновка теплообменника

5. Гидравлический и аэродинамический, тепловой расчёты

5.1 Холодный теплоноситель

5.1.1 Гидравлический расчёт

5.1.2 Тепловой расчёт

5.2 Горячий теплоноситель

5.2.1 Аэродинамический расчёт

5.2.2 Тепловой расчёт

6. Интенсификация теплообменного аппарата

Литература

1. Исходные данные

Цель: разработка рекуперативного теплообменного аппарата для концевого охлаждения воздушно-компрессорной установки.

Исходные данные приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Исходные данные согласно варианту

Объёмный расход воздуха,
Давление всасывания,
Температура всасывания,
Давление нагнетания, МПа
Политропный кпд,
Условный показатель политропы
Горячий теплоноситель	Воздух
Холодный теплоноситель	Вода
Тип теплообменного аппарата	Рекуперативный
Температура поступающего холодного теплоносителя,

Принципиальная схема установки приведена на рис. 1.1.

2. Математическая модель

Уравнение состояния газа:

. (2.1)

Первый закон термодинамики:

. (2.2)

Работа компрессора в политропном приближении:

(2.3)

Уравнение аддитивности:

. (2.4)

Тепловой поток, отбираемый от горячего теплоносителя:

. (2.5)

Тепловой поток, передаваемый холодному теплоносителю:

. (2.6)

Средне логарифмический температурный напор:

, (2.7)

где

; .

Уравнение Ньютона – Рихмана:

. (2.8)

Коэффициент теплопередачи в I-м приближении:

(2.9)

Уравнение неразрывности:

. (2.10)

Число Рейнольдса:

. (2.11)

Коэффициент теплоотдачи для гладких труб:

. (2.12)

Коэффициент теплопередачи во II-м приближении:

. (2.13)

Степень эффективности ребра:

. (2.14)

Коэффициент межтрубного пространства:

. (2.15)

Коэффициент теплоотдачи от оребрённых труб:

. (2.16)

Коэффициент теплопередачи от оребрённых труб:

. (2.17)

Потери давления за счёт оребрения труб:

. (2.18)

2.1 Расчёт параметров теплоносителей

Из (2.1), плотность горячего теплоносителя на входе в компрессор:

где

газовая постоянная для воздуха.

Массовый расход горячего теплоносителя:

.

Из уравнения политропного сжатия, определяем температуру горячего теплоносителя после процесса сжатия в компрессоре:

.

Заранее принимаем температуру горячего теплоносителя на выходе из теплообменного аппарата равной

.

Считаем, что теплоемкость не сильно зависит от давления:

,

.

Согласно (2.4):

.

Тепловой поток, отбираемый от горячего теплоносителя, (2.5)

.

Заранее принимаем температуру холодного теплоносителя на выходе из теплообменного аппарата равной

.

Теплоемкость холодного теплоносителя:

,

.

Согласно (2.4):

.

Принимаем, что потери отсутствуют при теплопередаче между холодным и горячим теплоносителями:

,

Из (2.5) найдём массовый расход холодного теплоносителя:

.

Удельная работа сжатия компрессора, (2.3):

.

Давление горячего теплоносителя на входе в теплообменный аппарат:

.

Давление горячего теплоносителя на выходе из теплообменного аппарата:

.

Допустимые потери давления для горячего теплоносителя:

.

2.2 Полученные результаты

Полученные результаты приведены в таблице 3.2 и 3.3.

Таблица 3.2 – Полученный результат для горячего теплоносителя

горячий теплоноситель
параметры на всасывание	давление	температура	расход
	МПа	0С	м3/мин	кг/сек
	0,28	-5	12	0,728
параметры на входе	давление	температура	теплоемкость	средняя теплоемкость
	МПа	0С	кДж/(кг*К)	кДж/(кг*К)
	1,1	109,1	1,009	1,011
параметры на выходе	давление	температура	теплоемкость
	МПа	0С	кДж/(кг*К)
	1,078	30	1,005

Таблица 3.3 – Полученный результат для холодного теплоносителя

холодный теплоноситель
параметры на входе	температура	теплоемкость	средняя теплоемкость
	0С	кДж/(кг*К)	кДж/(кг*К)
	20	4,183	4,165
параметры на выходе	температура	теплоемкость	массовый расход
	0С	кДж/(кг*К)	кг/сек
	40	4,174	0,699

3. Теплофизические свойства теплоносителей

3.1 Горячий теплоноситель

Параметры на входе в теплообменный аппарат.

Из уравнения (2.1), плотность теплоносителя:

,

где давление и температура берутся из табл. 3.2.

Среднее значение плотности горячего теплоносителя:

.

Средняя температура теплоносителя:

.