Кожухотрубчатые теплообменные аппараты (стр. 1 из 6)
ВВЕДЕНИЕ
Развитие силовых установок во всех областях техники в настоящее время характеризуется резким увеличением мощности в одном агрегате, повышением эффективного к.п.д. установок. Успешное решение этих задач не возможно без применения совершенных теплообменных устройств.
В зависимости от назначения аппараты используют как нагреватели и как охладители. Теплообменники по способу передачи теплоты подразделяют на поверхностные, где отсутствует непосредственный контакт теплоносителей, а передача тепла происходит через твёрдую стенку, и смесительные где теплоносители контактируют непосредственно. Поверхностные теплообменники в свою очередь подразделяются на рекуперативные и регенеративные, в зависимости от одновременного или поочерёдного контакта теплоносителей с разделяющей их стенкой.
Рекуперативными называют теплообменники, в которых теплообмен между теплоносителями происходит через разделяющую их стенку. Они могут работать как в непрерывном, так и в периодических режимах. Большинство рекуперативных теплообменников работают в непрерывном режиме.
Кожухотрубчатые теплообменники получили наибольшее распространение, они предназначены для работы с теплоносителями жидкость-жидкость, газ-газ и представляют собой аппараты выполняемые из пучков труб. По количеству ходов все кожухотрубчатые теплообменники делят на: одна, двух, четырёх и шестиходовые.
Пластинчатые теплообменники имеют плоские параллельные поверхности теплообмена, которые образуют каналы для прохода теплоносителей. Такие теплообменники применяют для теплоносителей с примерно равными коэффициентами теплоотдачи. Для интенсивности процесса теплообмена и для увеличения площади поверхности теплообмена пластинам придают различный профиль.
Выполнение курсовой работы по курсу «Тепломассообмен» позволит закрепить знания по основным разделам дисциплины.
Курсовая работа состоит из расчётной части и графической и выполняется по следующим разделам:
1. Тепловой конструктивный расчёт рекуперативного кожухотрубчатого теплообменника.
2. Тепловой расчёт пластинчатого теплообменника.
1. ТЕПЛОВОЙ КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ РЕКУПЕРАТИВНОГО КОЖУХОТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА
Кожухотрубчатые теплообменные аппараты могут использоваться в качестве теплообменников, холодильников, конденсаторов и испарителей. Теплообменники предназначены для нагрева и охлаждения, а холодильники для охлаждения (водой или другим нетоксичным, непожаро- и невзрывоопасным хладагентом) жидких и газообразных сред. Кожухотрубчатые теплообменники могут быть следующих типов: ТН – теплообменники с неподвижными трубными решетками; ТК – теплообменники с температурными компенсаторами на кожухе и жестко закрепленными трубными решетками; ТП – теплообменники с плавающей головкой, жестким кожухом и жестко закрепленной трубной решеткой; ТУ – теплообменники с U-образными трубками, жестким кожухом и жестко закрепленной трубной решеткой; ТС – теплообменники с сальником на плавающей головке, жестким кожухом и жестко закрепленной трубной решеткой (рисунок 1, Приложение 1).
Наибольшая допускаемая разность температур кожуха и труб для аппаратов типа Н может составлять 20–60 ºС, в зависимости от материала кожуха и труб, давления в кожухе и диаметра аппарата.
Теплообменники и холодильники могут устанавливаться горизонтально или вертикально, быть одно-, двух-, четырех- и шестиходовыми по трубному пространству. Трубы, кожух и другие элементы конструкции могут быть изготовлены из углеродистой или нержавеющей стали, а трубы холодильников – из латуни. Распределительные камеры и крышки выполняют из углеродистой стали.
Данный расчет проводится для определения площади поверхности теплообмена стандартного водо-водяного рекуперативного теплообменника, в котором греющая вода поступает в трубы, нагреваемая вода – в межтрубное пространство.
Задание: Выполнить тепловой конструктивный расчет водоводяного рекуперативного подогревателя производительностью Q. Температура греющего теплоносителя на входе в аппарат
ºС. Температура нагреваемого теплоносителя на входе в теплообменник 
ºС, изменение температуры нагреваемого теплоносителя в аппарате 
К. Массовый расход греющего теплоносителя – 
кг/с, нагреваемого теплоносителя – 
кг/с. Поверхность нагрева выполнена из труб диаметром 
мм.Трубы в трубной решетке расположены по вершинам равносторонних треугольников. L – длина труб, предварительно принимается равной 3,0 м. Схема движения теплоносителей – противоток. Материал труб теплообменного аппарата выбирается в соответствии с вариантом. Потерями тепла в окружающую среду пренебречь.
1.1 Расчет количества передаваемого тепла
Уравнение теплового баланса для теплообменного аппарата имеет вид:
(1.1)где
– количество теплоты в единицу времени, отданное греющим теплоносителем, Вт; 
– количество теплоты в единицу времени, воспринятое нагреваемым теплоносителем, Вт; 
– потери теплоты в окружающую среду, Вт.Так как
по условию, то количество передаваемого тепла в единицу времени через поверхность нагрева аппарата, Вт, ([7]):
(1.2) 
где
и 
– средние удельные массовые теплоёмкости греющего и агреваемого теплоносителей, в интервале изменения температур от 
до 
и от 
до 
, соответственно, кДж/кг ×К.Температура нагреваемого теплоносителя на выходе из теплообменника, ºС, ([7])
(1,3) 
(ºС)Средняя температура нагреваемого теплоносителя, ºС:
(1.4) 
(ºС)По температуре
определяется значения методом линейной интерполяции ([3]) 
(кДж/кг ×К)Количество теплоты в единицу времени, воспринятое нагреваемым теплоносителем, Вт, ([7]):
(1.5) 
(кВт)Методом линейной интерполяции определяется средняя удельная массовая теплоёмкость
греющего теплоносителя при температуре 
(кДж/кг ×К)Для условия,
, определяется температура греющего теплоносителя на выходе из теплообменника, ºС: 
, (1.6) 
(ºС)Средняя температура греющего теплоносителя, ºС, ([7]):
(1.7) 
(ºС)По температуре
определяется значения . Уточняется количество теплоты, отданное греющим теплоносителем в единицу времени, Вт, ([7]): 
(1.8) 
(кВт).Величина относительной погрешности, %
, % (1.9) 
%.1.2 Определение интенсивности процессов теплообмена
В основу расчёта коэффициентов теплоотдачи между теплоносителями и поверхностью стенки положены критериальные уравнения, полученные в результате обработки многочисленных экспериментальных данных и их обобщения на основе теории подобия.