Küldje el a jó munkát a tudásbázis egyszerű. Használja az alábbi űrlapot

Jó munka webhelyre">

Az intenzívebb hőátadási folyamat érdekében: növelnünk kell a hőcserélőt és a hőt a termékhordozó sebességével dolgozzuk fel, ami a hidrodinamikus réteget a hőátadási vastagság felületére csökkenti; a mosható felületek területének leghatékonyabb kihasználása hőcserére stb.

Hőcserélők számításai. A hőcserélők tervezésénél a következő számításokat végezzük: termikus, szerkezeti, hidraulikus, tartós, műszaki és gazdaságos - ez utóbbiakat több változatban is elvégezzük. Hőcserélő tervezésekor válasszon legjobb lehetőség, amelyet meghatároz: a hőcserélő hatásfoka, tömeg, méretek, méretek stb.

Diákok, végzős hallgatók, fiatal tudósok, akik a tudásbázist tanulmányaikban és munkájukban használják, nagyon hálásak lesznek Önnek.

közzétett http://www.allbest.ru/

HŐCSERÉLŐ SZÁMÍTÁSA

1 . Meghatározásköltséghűtésfolyadékok

Az áramlások kölcsönös mozgási iránya a hőcserélőben a hozzárendelés minden változatában ellenáramú.

A hűtőfolyadék áramlási sebessége (kg/s) a hőmérleg egyenletéből határozható meg : G RC R (t R K- t R H)= G 1 C 1 (t P H- P K)

ahol G R=, kg/s (1)

ahol C p és C p a termék és a sóoldat hőkapacitása, J / (kg K).

A folyadékok hőkapacitását az átlaghőmérséklet alapján veszik. A hiányzó értékeket interpoláció határozza meg.

A folyadékok átlagos hőmérsékletét (C) a következő képletek határozzák meg:

A t p cf =, C (2) szorzatra

Sós lében t p cf =, C (2 1)

A hűtőfolyadék hőmérséklete t p K a hűtőszekrény kimeneténél csodálkozó! Szem előtt kell tartani, hogy a t p K növekedésével a sóoldat fogyasztása csökken; ugyanakkor az átlagos hőmérséklet-különbség is csökken. A t r K hőmérsékletet 9-16 C-kal magasabbra vesszük, mint a t r H kezdeti hőmérsékletet

A t fűtőfolyadék hőmérséklete K-ban a HE kimeneténél csodálkozó!

A t hőmérsékletet K-ban a kezdeti t p hőmérsékletnél magasabbra vesszük 9-16 C-ra

2. Az átlagos hőmérséklet-különbség meghatározása

Az átlagos hőmérséklet-különbség (C) általában a hőmérséklet-különbségek szélső értékeinek logaritmikus átlaga;

A közegek közötti átlagos hőmérséklet-különbség meghatározásához a hőhordozók választott mozgási sémája szerint meg kell ábrázolni a közeg hőmérséklet-változását a felület mentén, és ki kell számítani a hőmérsékletkülönbség nagyobb t b és kisebb t M értékét:

t b \u003d t p H -t p K, C (4)

t M = t p K -t p H , С (5)

ahol Dt b, Dt m - nagyobb és kisebb hőmérsékletkülönbség a meleg és hideg hűtőközeg között a hőcserélő végein.

Továbbá, ha Dt b / Dt m 2, akkor Dt vö. \u003d (Dt b + Dt m) / 2 (6)

3. Meghatározásátmérőkcsövekhőcserélőéska

A folyadékok mozgására két lehetőség van:

A sóoldat (víz) a belső csövön, a termék pedig a gyűrű alakú térben mozog.

A termék áthalad a belső csövön, és a sóoldat (víz) a gyűrűben

A csőtérben mozgó folyadék áramlási egyenletéből (S 1 szakasz, határozza meg a kisebbik cső belső átmérőjét (d B, m).

d B = 1,13, m vagy d B = 1,13, m (7)

A gyűrű alakú szakaszban mozgó folyadék áramlási sebességének egyenletéből (S 2) határozza meg egy nagy cső belső átmérőjét, m:

D B =, m vagy D B =, m (8)

ahol 1, 2 - a folyadékok mozgási sebessége a gyűrű alakú és csőterekben, belül (0,7 - 2 m / s);

n, p - a termék és a sóoldat (víz) sűrűsége (kg / m 3).

Végül elfogadjuk (a GOST 9930-78 szerint a számítotthoz legközelebb eső d n és D n csőátmérőket. Ajánlott alkalmaz burkolat csövek Val vel szabadtéri átmérő D n - 57, 76, 89, 108, 133, 159, 219 mm.

4. Meghatározásegyütthatóhőátadás

A hőátbocsátási tényezőt (K, W / (m 2 * K) a hűtőfolyadék oldaláról származó szennyezés hőállóságának figyelembevételével határozzák meg:

K \u003d (1 / 1 + 1 / 2 + R CT) -1, W / (m 2 * K) (9)

ahol 1, 2 - a hőátadási együtthatók a fűtőfolyadéktól a csőfalig és a faltól a fűtött folyadékig, W / (m 2 h);

R CT - a csőfal hőellenállása m 2 / (W * K);

R CT \u003d ST / ST + ZAG / ZAG, (m 2 * K) / W .;

ahol ST, ZAG - a cső fémfalának vastagsága és a szennyezés, m; (ZAG vegye 0,5-1 mm);

ST - a csőfal hővezető képességének együtthatója, W/(m*K);

A ZAG / ZAG szennyezés hőellenállásának értéke a hűtősóoldatoknál, amelyekből a szennyezés lerakódik a hőcserélő felületre, 0,0002 (m 2 *K) / W-nak felel meg.

4.1 Meghatározásegyütthatókhőátadás

A hőátbocsátási együtthatók értéke függ a hidrodinamikai tényezőktől, azok fizikai paramétereitől, a hőcserélő felület geometriai méreteitől, és egy komplex funkcionális függés, amelyet a Nusselt-kritérium egyenlet hasonlósági elméletével valósítanak meg, és a hőátadás intenzitását jellemzi W / (m 2 óra)

Nu = (10), innen n, p = (11)

Ha mindkét hűtőközeg folyadék, és a mozgás kényszerített (például szivattyúzás), a Nusselt-kritérium a Reynolds- és Preidl-kritérium függvénye: Nu = f (Re; Rr)

Ebben az esetben először meg kell határozni a Reynolds- és Prandl-kritériumokat mindkét médiára:

ahol a közeg mozgásának sebessége a csövekben (0,7-2 m / s-on belül);

- együttható dinamikus viszkozitás folyadékok, Pa s.

d-- egyenértékű csőátmérő, m;

számára belső csövek d ekv = d B , m.

számára gyűrű szakaszok d ekv = D B - d H , m.

l- a folyadék hővezető képességének együtthatója (sóoldat, termék) W / (m. C).

Ezután a kialakult folyadékmozgási rendszer szerint oldja meg a Nuselt-kritérium egyenletet a következő képlet szerint:

a) turbulens mozgáshoz (Re> 10000)

Nu = 0,023 Re 0,8 Pr 0,4 = 0,02337219 0,8 13,2 0,4 = 184,7 (13)

b) tranziens módhoz (10000>Re>2300)

Nu = 0,008 Re 0,9 Pr 0,43 = 0,0088881 0,9 6,1 0,43 = 31,945 (13 1)

Ha a Re kiszámításakor<10000, необходимо определить новые скорости движения теплоносителей, при которых режим движения будет турбулентным или переходным. Принимают значения критерия Рейнольдса 10000-15000, тогда: щ труб. = (10000-15000)щ/Re, (14)

A csövek u sebességének értékét a (7) képletbe behelyettesítve meghatározzuk a belső (hőcserélő) cső átmérőjét, majd a (8) képlet szerint a külső köpenycső átmérőjét adjuk meg a a Reynolds-kritérium értékei.

A megfelelő mozgásmódokhoz a Nu kritériumérték felhasználásával meghatározzuk a kívánt hőátbocsátási együtthatókat, W (m 2 C) sóoldat és termék esetében a (11) képlet szerint.

hőcserélő számítási hőmérséklet folyadék

5. Meghatározás,felületekhőátadásésJelentősebbméretekmelegról rőlhőcserélő

A hőátadás felületét (F, m 2) a hőátadási egyenletből határozzuk meg, és egyenlő

F = , m 2 (15)

Q = G p C p (t p H - t p K), (W) (16)

ahol Q a termékből vett hőmennyiség, W;

C 1 - a termék hőkapacitása, J / (kg ° C).

Végül a sorozatból kiválasztjuk a hőcserélő hőcserélő felületét

F=2,5; 4,0; 6,0; tíz; tizenöt; húsz; harminc; 40; ötven; 80 m2

A hőcserében részt vevő csövek aktív hossza (m).

L = . m (17)

ahol d R -- becsült átmérő, m;

A számított átmérőt a következőképpen veszik:

dR == dNÁL NÉL nál nél 1 2 (18)

dR = 0,5 (dB + dH ) nál nél 1 2 ;

dR = dH nál nél 1 2

Tervezési szempontok alapján egy elem hosszát adjuk meg, majd az elemek (darabok) teljes száma:

ahol l email- TA burkolatcsövek hossza (1,5; 3,0; 4,5; 6,0; 9,0; 12 m)

Az összes elemszám ismeretében szükséges a hidraulikai számításnál használt HE technológiai elrendezésének elvégzése.

6. Meghatározásátmérőkelágazó csövek

A gyűrű alakú szakasz bemeneti és kimeneti csövek átmérőjét (d P, m) a következő képlet határozza meg:

d pv (S2) = 1,13 , m vagy d pv (S2) = 1,13 , (20)

A belső cső fúvókáinak átmérője megegyezik a belső átmérőjével. d pv( S 1) \u003d d in, m.

Végül elfogadjuk a GOST 9930-78 szerint a csövek külső átmérőit (d mon( S 1) és d mon( S 2) ) amelyből a számítotthoz legközelebb eső ágcsövek készülnek.

Ismerve d mon( S 1) és d mon( S 2) karimákat választunk a TA elemek csatlakoztatásához.

A csővezetékek és burkolatok házzal történő összekapcsolásához szoros csatlakozásokat használnak, amelyek két karimából és egy közöttük lévő tömítésből állnak.

7. Hidraulikusszámításhőcserélő

A hidraulikus számítás célja a hőcserélő hidraulikus ellenállásának meghatározása, valamint a szivattyúmotorok által a tej és sólé mozgatásához felhasznált teljesítmény meghatározása.

A hőcserélő hidraulikus ellenállásának kiszámításához a kezdeti adatokat korábban meghatározták:

A szakasz elemeinek száma;

szakaszok száma;

A számítást kétszer kell elvégezni, külön a csőre és a gyűrű alakú térre.

A teljes nyomásveszteséget a hőcserélőben (P, Pa) az egyenlet számítja ki

P \u003d R SK + R TP + R MS + R POD, Pa (22)

ahol Р СК a hőcserélő kimeneténél az áramlási sebesség létrehozásához szükséges nyomás költsége (Pa);

P TP - nyomásveszteség a súrlódási ellenállás leküzdéséhez, (Pa):

P MC - nyomásveszteség a helyi ellenállás leküzdésére (Pa)

P POD - a folyadék felemeléséhez szükséges nyomás költsége (Pa).

7.1 költségnyomásaTeremtéssebességfolyam

R SC = , Pa (23)

ahol a folyadék sebessége a készülékben, m/s;

-- folyadék sűrűsége, kg/m 3 .

7.2 A veszteségnyomásalegyőznierőksúrlódás,n/m 2

P TR = , Pa (24)

ahol L-- csövek teljes hossza, m:

d EKV -- egyenértékű átmérő, m;

számára belső csövek d ekv = d B , m.

számára gyűrű szakaszok d ekv = D B - d H , m.

-- súrlódási tényező, a mozgásmódtól függően (Re szám); és a falak érdességi foka szerint durva (a számításnál = 0,02 - 0,03).

7.3 Nyomásvesztés a helyi ellenállás leküzdésére (elfordulás, szűkület, tágulás stb.)

P MS = , Pa (25)

ahol o a helyi ellenállás együtthatóinak összege.

Az o kiszámításakor a TA elrendezés technológiai sémáját kell használni

7.4 költségnyomásamászikfolyadékok

R ALATT = g H, Pa (26)

ahol g – szabadesési gyorsulás, m/s 2 ;

Folyadék sűrűsége, kg/m3

H - a folyadék magassága, m

h i - egy elem magassága, m (a TA rajz szerint grafikusan meghatározva)

A H értékének kiszámításához a TA elrendezési sémát használjuk.

H \u003d (h i * x) + D in + h P , m - gyűrű alakú szakaszhoz;

H \u003d (h i * x) + d be, m - a belső csőhöz.

7.5 Erő,elfogyasztottmotorszivattyú,(N, kW)

N = , W (27)

ahol - G - folyadékáramlás, kg / s;.

A szivattyúzott folyadék sűrűsége, kg/m 3

P - nyomásveszteség a berendezésben, N/m 2 ;

A szivattyú hatásfoka (centrifugális - 0,6 - 0,7).

Az Allbest.ru oldalon található

...

Hasonló dokumentumok

A hőátbocsátási tényezők kiválasztása és a hőcserélő területének kiszámítása. A cső és a gyűrű alakú tér paramétereinek meghatározása. Páralecsapódás és a kondenzátum hűtését befolyásoló tényezők. A héj-csöves hőcserélő hidraulikus számítása.

szakdolgozat, hozzáadva 2016.04.25


Héjcsöves hőcserélő termikus, szerkezeti és hidraulikai számítása. A hőátadó felület meghatározása. Szerkezeti anyagok kiválasztása és a csőlemezek elhelyezésének módja. A szükséges nyomású szivattyú kiválasztása víz szivattyúzásakor.

szakdolgozat, hozzáadva 2011.01.15


Vízszintes típusú fűtőgőz-vízmelegítő és szekcionált víz-víz hőcserélő termikus és konstruktív számítása. Kritériumegyenletek kiválasztása hőátadási folyamatokhoz. Hőátbocsátási és hőátbocsátási tényezők meghatározása.

szakdolgozat, hozzáadva 2010.12.15


A hőátbocsátási tényező meghatározása a csőfal belső felületétől a hűtővízig. Nyomásveszteség, amikor a hűtővíz áthalad a kondenzátoron. Az eltávolított gőz-levegő keverék kiszámítása. A kondenzátor hidraulikus és termikus számítása.

teszt, hozzáadva 2013.11.19


A hőcserélő vázlata. A csőköteg geometriájának kiszámítása; átadott hő a gáz hőmérsékletének csökkenése szerint; élhatékonyság; hőátbocsátási együtthatók és csőbordák. A hidraulikus ellenállás becslése. A keresztáramú hőcserélő hatásfokának ellenőrzése.

teszt, hozzáadva 2014.12.25


A GDT hőcserélő zárt ciklusú kialakítása. A hűtőfolyadék nyomásveszteségének meghatározása, amikor az áthalad a készüléken. Zárt ciklusú gázturbinás földi üzem ellenáramú rekuperatív hőcserélőjének termikus, hidraulikus számítása.

szakdolgozat, hozzáadva 2012.11.14


A víz-levegő hőcserélő hőcserélőjének kialakítása. A készülék használata hőgép hűtővíz körének vészhűtési rendszerének hűtővízkörének hűtőrendszerében. Ventilátor és szivattyú modellek választéka.

szakdolgozat, hozzáadva 2013.12.15


Turbótengelyes motorok hűtött lapátjainak termikusan igénybevett állapotának vizsgálata. Fűtési és hűtési hőmérsékletek, hőátbocsátási tényezők számítása a penge külső felületén és a csatornákban. A pengetollan ható erők és nyomatékok meghatározása.

teszt, hozzáadva 2012.02.04


Lithozbor másodlagos hő felhasználására. Rekuperatív hőcserélő termikus számítása. Választható alapfelszereltség: ventilátorok, szivattyúk. A hidraulikus ellenállás értékelése. Segédberendezések kiválasztása. Ellenőrző és mérőeszközök.

szakdolgozat, hozzáadva 2013.01.03


Párologtatók hőátadó felületének meghatározása. A hajótestek közötti hasznos hőmérséklet-különbség kiszámítása. Hőszigetelés vastagságának és hűtővíz felhasználásának meghatározása. Építési anyag kiválasztása. A légköri kondenzátor átmérőjének kiszámítása.

Hőcserélő számítás A hőmérlegek kiszámításakor ismerni kell a konkrét

Hőkapacitás, entalpia (hőtartalom), fázishő vagy kémiai átalakulások értékei. Fajlagos hő- ez az a hőmennyiség, amely 1 kg anyag 1 fokkal való felmelegítéséhez (vagy lehűtéséhez) szükséges (J / kg deg). A hőkapacitás a test hőtároló képességét jellemzi. Mivel a hőkapacitás a hőmérséklettől függ, így egy adott hőmérsékleten megkülönböztetjük a valódi hőkapacitást Val velés az átlagos hőkapacitás egy bizonyos hőmérsékleti tartományban (2.1) ahol K- az egységnyi anyagmennyiségre jelentett hőmennyiség, amikor a hőmérséklet változik -ról. A termikus számítások gyakorlatában általában átlagos hőkapacitásokat kell használni. Fajlagos entalpia i(ha minden számítást 0 C-ról végezzük) az a hőmennyiség határozza meg, amely 1 kg anyag 0 C-ról adott hőmérsékletre való felmelegítéséhez szükséges, entalpia én J / kg-ban mérve, a műszaki rendszerben kcal / kg. (2.2) Specifikus fázishő vagy kémiai átalakulások r- ez az a hőmennyiség, amely az aggregáció állapotának megváltozásakor vagy az anyag egységnyi tömegének kémiai átalakulásakor felszabadul (vagy elnyelődik). J / kg, a műszaki rendszerben pedig kcal / kg mérik. A hőmérleg összeállításának „belső” módszere(hőkapacitások felhasználásával). Folyamatosan működő hőcserélőben

Rizs. 2.1

(2.1. ábra) a hőcsere két, hőátadó fallal elválasztott közeg között megy végbe. Ha a hőcsere folyamatában fázis- vagy kémiai átalakulások következtében nincs további hőleadás vagy -felvétel, és nincs hőveszteség a környezetbe, akkor az időegység alatt az első közegből a másodikba átadott hőmennyiség. - a hőáram, vagy hőterhelés - egyenlő: ( 2.3) Ha a hőátadás folyamata az első közegben, fázisban vagy kémiai átalakulásokban (folyadékpárolgás, gőzkondenzáció, olvadás, kémiai reakciók stb.) következik be, akkor a hőmérleg egyenletének alakja a következő: (2.4) A hőmérleg összeállításának „külső” módszere(fajlagos entalpiák értékét használva). A hőmérleget azon az alapon állítják össze, hogy a bejövő közeggel a készülékbe 1 órán át belépő Q1 hőmennyiség megegyezik a készülékből a közeggel azonos időre távozó hőmennyiséggel, (2.5) hol vannak a készülék entalpiái a készülékbe belépő, illetve onnan kilépő anyagokat, ill. Ellentétben a hőmérleg összeállításának belső módszerével, amely magában foglalja a hőnek a hőcserélő közegek közötti újraeloszlását magában a készülékben, ebben a módszerben a hőmérleget mintegy külső mutatók szerint állítják össze: a készülék előtt és után berendezés. A (2.5) egyenletből meghatározható az egyik közegből a másikba átvitt Q hőmennyiség, mint az entalpiák különbsége (2.6) A hőcserélőben végbemenő fázis- vagy kémiai átalakulások jelenlétében a hőcserélőben átvitt hőmennyiség egyik közegből a másikba, (2.7) ahol az átalakulási termékek entalpiája a berendezés kimeneti hőmérsékletén. A hőátadás kinetikája. A hőátadásnak három típusa (mechanizmusa) van: vezetés, konvekció és sugárzás. Hőátadás vezetés útján. Hővezetés alatt a hőenergia átadását értjük egy közegben anélkül, hogy tömege a hőátadás irányához képest elmozdulna. Itt a hő az atomok és molekulák átlagos helyzetük körüli rugalmas rezgéseinek energiájaként kerül átadásra. Ez az energia a csökkenése irányában a szomszédos atomokhoz és molekulákhoz jut át, azaz. hőmérséklet csökkenés. Fourier törvénye. A hővezetéssel történő hőátadást a Fourier-törvény írja le, amely szerint a felületen idővel áthaladó hőmennyiség dF, a hőátadás irányára merőleges, egyenlő: (2.8) ahol az arányossági együttható, amelyet hővezetési tényezőnek vagy hővezetési tényezőnek neveznek; - hőmérsékleti gradiens, pl. egységnyi hosszonkénti hőmérséklet változása a hőátadás irányában. Hővezetési tényező. Meghatározza a hőátadás sebességét, azaz. az egységnyi testfelületen időegység alatt áthaladó hőmennyiség, amelynek hossza a hőátadás irányában egységnyi, hőmérsékletkülönbsége pedig 1 fok. A fémek a legfontosabbak - több tíztől több százig w/(m fok). A lényegesen alacsonyabb hővezetési együtthatók szilárd anyagokat tartalmaznak, nem pedig fémeket. A folyadékok hővezető képessége kisebb, mint a legtöbb szilárd anyag hővezető képessége. Náluk ez tizeden belül ingadozik w/(m fok). A hővezetési együtthatók még alacsonyabbak. Hőátadás a falon keresztül történő vezetés révén. A lapos falon 1 óra alatt átvitt hőmennyiség a Fourier-egyenlet segítségével számítható ki, mint a végtelenül kicsi vastagságú síkon áthaladó hőmennyiség. dx a falon belül: (2.9) A hőmérsékletváltozást a fal teljes vastagságára integrálva megkapjuk (2.10) Az integrál kifejezésből látható, hogy a hőmérséklet t belül sík fal esik a falvastagság mentén a hőátadás irányában az egyenes törvénye szerint.

t 2.2. ábra

Hőátadás konvekcióval. Konvekciós hőátadás- ez a hőátadás a közeg térfogatai által, azok kölcsönös mozgásával a hőátadás irányában. A hő átadását a közegből a falba vagy a falból a közegbe hőátadásnak nevezzük. Az átadott hő mennyiségét Newton törvénye határozza meg: (2.11) ahol a hőátbocsátási tényező. Hőátbocsátási tényező a közeg turbulens mozgásához. Turbulens mozgás- és hőmérsékleti közeg t1 az áramlás fő magjában a fal mentén a hőmérséklettel átfolyva hőjét átadja neki (2.2. ábra). A fal közelében mindig van egy vékony határréteg, ahol lamináris áramlás megy végbe. A hőátadással szembeni fő ellenállás ebben a lamináris rétegben összpontosul. A Fourier-törvény szerint: (2.12) A (2.11) és (2.12) egyenleteket összehasonlítva azt látjuk, hogy (2.13) Az értéket a redukált réteg vastagságának nevezzük. Az érték a következő főbb tényezőktől függ: 1) a folyadék fizikai tulajdonságai: hővezető képesség, hőkapacitás, viszkozitás, sűrűség 2) a hőbefogadó (vagy hőleadó) felület folyadék- vagy gázmosásának hidraulikus feltételei : a folyadék sebessége és iránya ehhez a felülethez képest 3) az áramlást korlátozó térbeli viszonyok: átmérő, hossz, alak és felületi érdesség. Így a hőátbocsátási tényező sok mennyiség függvénye: . Az egyenes, sima és hosszú csövekben a turbulens áramlás során a hőátadást jellemző hasonlósági kritériumok közötti funkcionális kapcsolatot méretelemzéssel határoztam meg. (2.14) vagy röviden (2.15), ahol A, a és e néhány számérték. A dimenzió nélküli komplexeknek neveik vannak: - Nusselt-kritérium, amely tartalmazza a hőátbocsátási tényező kívánt értékét (Nusselt volt az első, aki a hasonlóság elméletét alkalmazta a hőátadási problémák megoldására); - Reynolds-kritérium, amely az áramlás hidraulikai jellemzőit határozza meg - Prandtl-kritérium, amely a közeg fizikai tulajdonságait jellemzi. Az A, a és e meghatározása kísérleti vizsgálatokon alapul. Hőátbocsátási tényező. A vegyiparban a legáltalánosabb jelenség az egyik folyadékból a másikba történő hőátadás az őket elválasztó falon keresztül. A hő átadása egyik közegből a másikba három szakaszból áll, és a folyamatos folyamathoz a hőátadás irányába eső hőáram állandó marad. Hőáram az első közegből a falba (2.16) a falon (2.17) keresztül a falból a második közegbe (2.18) A (2.16, 2.17, 2.18) egyenletek együttes megoldása a következőt adja: hőátbocsátási tényező. Az SI rendszerben a dimenziója van. Átlagos hőmérséklet különbség. A (2.19) egyenlet az egységnyi Q hőmérleg által adott hőmennyiség átadásához szükséges F hőcserélő felület kiszámításának alapja. Az esetek túlnyomó többségében a hőátadási folyamat során a közegek hőmérséklete megváltozik a folyamatos hőátadás hatására, és ennek következtében a hőátadó felület mentén a hőmérsékletkülönbség is megváltozik. Ezért a készülék hossza mentén kiszámítjuk az átlagos hőmérséklet-különbséget, de mivel ez a változás nem lineáris, ezért kiszámítom a logaritmikus hőmérsékletkülönbséget. ; (2.21) Ezt matematikai számítások igazolják. Ellenáram esetén mindig kisebb hőátadó felületre van szükség, mint előremenő áramlásnál, hogy azonos mennyiségű hőt adjunk át a közeg azonos kezdeti és véghőmérsékletének körülményei között. Áramkeverés esetén a hőcserélő egyik menetében ellenáramban, a másikban pedig egyenáramban mozog a közeg. Ezekben az esetekben az átlagos hőmérséklet-különbséget a (2.22) összefüggésből határozzuk meg, ahol az átlagos logaritmikus hőmérsékletkülönbség ellenárammal; egy korrekciós tényező, amely mindig kisebb egynél. Héj és csöves hőcserélők. A köpeny-csöves hőcserélő a legelterjedtebb készülék a készülék térfogategységére eső nagy hőátadó felület kompakt elhelyezése miatt. A benne lévő hőcserélő felületet párhuzamos csőköteg alkotja, melyek végeit két csőlapban (rácsban) rögzítik. A csöveket hengeres burkolatba zárják, a csőlemezekhez hegesztik, vagy karimákkal kapcsolják össze. Az elosztófejek (aljak) a csőlapokhoz csavarozva vannak, ami megkönnyíti azok eltávolítását és a csövek tisztítását, vagy szükség esetén újakra cseréjét. A hőcserélő közeg betáplálásához és eltávolításához a készülék szerelvényekkel rendelkezik. A közegek keveredésének megakadályozása érdekében a csöveket leggyakrabban expandálással, hegesztéssel, ritkábban tömszelencék segítségével rögzítik szitákba, hogy megakadályozzák a hőterhelést. Az ellenáramú hőcserélő folyamatok végrehajtásának előnyei, amelyeket általában héj-csöves hőcserélőkben hajtanak végre. Ebben az esetben a lehűtött közeget felülről lefelé, a felmelegített közeget pedig felé, vagy fordítva. Azt, hogy melyik közeget irányítsuk a gyűrű alakú térbe és melyiket a csövekbe, több feltétel összehasonlításával döntjük el: n a legalacsonyabb értékű közeget kell a csövekbe juttatni, hogy növelje a mozgási sebességét, és ennek következtében a hőátbocsátási tényező növelése; n a csövek belső felülete könnyebben tisztítható a szennyeződésektől, ezért a hűtőfolyadékot, amely a hőátadó felületet szennyezheti, a csövekbe kell irányítani; n A nagynyomású közeget olyan csövekbe célszerű irányítani, amelyek repedésveszélye a burkolathoz képest kisebb; n A nagyon magas vagy fordítva alacsony hőmérsékletű közeget a legjobb a csövekbe táplálni a környezet hőveszteségének csökkentése érdekében. A héjas-csöves hőcserélők működése kis átmérőjű csövek alkalmazásával fokozható. Nem szabad megfeledkezni arról, hogy a csövek átmérőjének csökkenésével a hőcserélő hidraulikus ellenállása nő. A nagy sebesség biztosításának legegyszerűbb módja a többutas hőcserélők felszerelése. A csőtérben a járatok száma elérheti a 8-12-t is. Ilyenkor gyakran nem lehet betartani az ellenáramlás elvét. A kevert áram jelenléte némileg csökkenti a hőátadási folyamat hajtóerejét, ami ennek megfelelően csökkenti a munka hatékonyságát. Válaszfalak segítségével növekszik az alacsonyabb hőátbocsátási tényezővel rendelkező közeg mozgási sebessége. Figyelembe kell venni, hogy a hosszú, különösen a többjáratú hőcserélőkben a bejövő közeg keveredése a berendezésben teljes mennyiségével csökken, és ez megakadályozza az átlagos hőmérséklet-különbség további csökkenését. A héj-csöves hőcserélőkben a közegek közötti nagy hőmérséklet-különbség mellett jelentős hőfeszültségek lépnek fel, különösen a berendezés indításakor vagy leállításakor, amelyet a csövek és a burkolat eltérő nyúlása okoz, különböző hőmérsékletek hatására. Az ilyen feszültségek előfordulásának elkerülése érdekében a következő intézkedéseket kell alkalmazni: 1. Lencsekompresszor felszerelése a készülék testébe. 2. Csak egy csőlap beépítése a hőcserélőbe, amelyben az U alakú csövek rögzítve vannak. 3. "Lebegőfejű" hőcserélők készüléke. 4. A csövek rögzítése az egyik csőlapban tömszelencekkel. 5. A csőlemez tömszelence csatlakozása a házhoz. "Pipe in pipe" típusú hőcserélők. Az ilyen típusú hőcserélőket csövekből szerelik fel, amelyek mindegyikét valamivel nagyobb átmérőjű cső veszi körül. Az egyik közeg a belső csövön, a másik a gyűrű alakú csatornán keresztül áramlik. A belső csöveket „kalachokkal” sorba kötjük, a külső csöveket leágazó csövekkel. Ha nagy hőátadó felületet kell elérni, akkor az ilyen szakaszok soros, hanem párhuzamos és kombinált csatlakoztatása is lehetséges kollektorok segítségével. A cső a csőben hőcserélőben mindkét hőcserélő közeg csőátmérőjének megfelelő megválasztásával bármilyen sebesség hozzárendelhető, és ennek megfelelően magas értékek érhetők el. Az ilyen hőcserélők hátránya az egységnyi hőátadó felületre jutó magas fémfogyasztás a hőcserére használhatatlan külső csövek költsége miatt, ami a berendezés költségének jelentős növekedéséhez vezet. Ez a hátrány kevésbé észrevehető, ha a külső csövek közönséges szénacélból, a belső csövek pedig drága anyagból készülnek agresszív környezetben. A "cső a csőben" típusú hőcserélőket különösen széles körben alkalmazzák, ha a közeget nagy nyomáson (tíz és több száz atmoszféra) szállítják. Hőátadás a kondenzáló gőzből. A vegyiparban az egyik leggyakrabban alkalmazott fűtési mód a kondenzációs gőzfűtés. Az ilyen fűtés előnyei a következők: 1. A gőznek magas a hőtartalma a kondenzációs hő miatt. 2. A turbinák után lehet gyűrött gőzt használni, amely még nem veszítette el kondenzációs hőjét. 3. A kondenzáló gőz hőátbocsátási tényezője nagy. 4. A kondenzációs gőz egyenletes és pontos fűtést biztosít, nyomásváltozással könnyen szabályozható. Hőátbocsátási tényező a kondenzáló gőzből. A hőbefogadó falon a gőzkondenzációnak két mechanizmusa van: film a nedves felületen és csöpög kondenzvíztől nem nedvesített falon. Lamináris üzemmódban a hőátbocsátási tényező a gravitáció hatására lefolyó kondenzátum sűrűsödő fóliáján keresztül határozható meg, a hőátadás a hővezető képességgel történik. Amikor a gőz lecsapódik a függőleges csövek felületén (2.23), hol van a különbség a gőz és a fal kondenzációs hőmérséklete között? r- kondenzációs hő, j/kg; - a kondenzátum hővezető képességének együtthatója, ; - kondenzátum sűrűsége, ; - a kondenzátum viszkozitása, ; H- a függőleges cső vagy fal magassága, m. A (2.23) egyenlet a jelenség fizikai lényegét jeleníti meg. Ennek az egyenletnek a kiszámításakor alulbecsült eredményt kapunk, mivel a kondenzátumfilm hullámzó mozgását nem vesszük figyelembe. A kísérleti adatok azt mutatják, hogy a (2.24) egyenlet pontosabb eredményt ad, valamint a hőátbocsátási tényező értékét különböző mértékben befolyásolják a következő tényezők: H(a filmfolyam turbulens rendszere); n a gőz sebességének és irányának változása; n a hőátadó felület helyének változása (vízszintes elrendezésnél a hőátadási feltételek romlanak); n a felület állapotának és a kondenzáció jellegének változása; n a gőz túlmelegedésének hatása; n a kondenzáló gázok szennyeződéseinek hatása. 3. Anyag- és hőszámítások 3.1. Közös rész. 1. Határozza meg a hőfogyasztást és a vízfogyasztást! Vegyük az "1" indexet a forró hűtőfolyadékra (benzol + toluol), a "2" indexet a hideg hűtőfolyadékra (vízre). Határozzuk meg először a víz átlagos hőmérsékletét: t2 = 0,5 (10 + 25) = 17,5 C; a benzol-toluol keverék átlaghőmérséklete: = 31 + 17,5 = 48,5 C; (3.1) ahol az átlagos hőmérséklet-különbség, 31 C. +80,5 25 C hűtőfolyadék áramlás esetén; +25 10 С; ; = 31 °C; (3.2) Hőveszteség nélkül, hőfogyasztás: W; (3.3) vízhozam a (3.3)-hoz hasonlóan áramlásban kifejezve: kg/s; (3.4) ahol =1927 J/(kg K) és =4190 J/(kg K) a keverék és a víz fajlagos hőkapacitása =48,5 C és =17,5 C átlaghőmérsékleten. A keverék és a víz térfogati áramlási sebességei: (3.5) (3.6) ahol és - a keverék sűrűségét a tiszta benzolhoz hasonlóan vettük, mivel a toluol tartalma nem magas, és a sűrűségváltozás nagyon kicsi és víz. 3.2. Vázoljuk a hőcserélők lehetőségeit. Ehhez meghatározzuk a hőcserélő felület közelítő értékét, feltételezve, hogy Kor = 500, azaz ugyanazt fogadjuk el, mint a víz számára folyadékból folyadékba történő hőátadás esetén: ; (3.7) A = 23 értékből következik, hogy a tervezett hőcserélő lehet többjáratú. Ezért a helyes számítás érdekében módosítani kell a többutas hőcserélőknél. A hűtőfolyadék ellenáramú mozgásával rendelkező készülékekben, egyéb feltételek mellett, több, mint egyenáramú áramlás esetén. A hőhordozók komplex kölcsönös mozgása esetén közbenső értékeket vesz fel, amelyeket az átlagos logaritmikus hőmérséklet-különbség korrekciójával vesz figyelembe az ellenáramlathoz. ; (3.8) ahol ; ; ; ; ; ; ; ; Számítsuk ki az együtthatót a (3.8) képlet alapján ; = C; (3.9) Az intenzív hőátadás érdekében megpróbálunk olyan berendezést választani, amelynek hűtőfolyadék-áramlása turbulens. A benzol-toluol keveréket a csőtérbe irányítjuk, mivel ez egy aktív közeg, a vizet pedig a gyűrűs térbe. A GOST 15120-79 szerinti hűtőszekrények Æ25 * 2 mm-es hőcserélő csöveiben a keverék áramlási sebessége Re 2\u003e 10000 értéknél nagyobb legyen, mint (3,10), ahol a keverék viszkozitása 48,5 C-on; . Az ezt a módot biztosító csövek száma: ; (3.11) i.e. csövek száma n< 44,9 на один ход. Выберем варианты теплообменников : 1. Теплообменник «кожухотрубный» D = 600; d = 25*2; z=6; n/z = 32,7; SВ.П. = 0,037 ; F = 61 ; L = 4 м; SВ.П. = 0,011 . 2. Теплообменник «кожухотрубный» D = 600; d = 25*2; z=4; n/z = 51,5; SВ.П. = 0,04 ; F = 65 ; L = 4 м; SВ.П. = 0,018 . 1.opció."Shell-and-tube" hőcserélő (GOST 15120-79) 1.1 Az áramlási sebesség a csövekben a turbulens rezsim biztosítása érdekében 1,2-nél nagyobb legyen. Készítsünk diagramot a hőátadási folyamatról (3.1. ábra). a) A cső alakú térben. Határozzuk meg a Reynolds és Prandtl kritériumokat a benzol-toluol keverékre.

Benzol-toluol Víz Rizs. 3.1(az első számítási lehetőséghez)

; (3,12); ; (3,13); ahol \u003d 0,14 W / (m K) a benzol-toluol keverék hővezető képessége. Számítsuk ki a Nusselt-kritériumot a keverék turbulens áramlására: ; (3.14) ahol 1-et veszünk, és az arányt további korrekcióval =1. A benzol-toluol keverék falra történő hőátbocsátási tényezője: ; (3.15) b) Gyűrűs tér. Számítsa ki a víz hőátbocsátási tényezőjét! A víz sebessége a gyűrűben. ; (3.16) Reynolds-kritérium vízre: ; (3,17) ahol \u003d 0,0011 Pa s, \u003d 998 +17,5 C hőmérsékleten; Prandtl-kritérium +17,5 C-os vízre: ; (3,18) ahol \u003d 0,59 W / (m K) - a víz hővezető képességének együtthatója. A hőátbocsátási tényező kiszámítására szolgáló képlet kiválasztásához kiszámítjuk a GrPr értékét Re-nél< 10000. ; (3.19) где - плотность воды при 17,5 С ; ; и - плотности воды при 10 и 25 С; =0,0011 Па с - динамический коэффициент вязкости воды при 17,5 С. ; Для вертикального расположения труб примем выражение ; (3.20) примем значение = 1 с дальнейшей поправкой где и вязкость воды при 17,5 С и температуре стенки соответственно по формуле (3.20). ; Коэффициент теплоотдачи для воды: ; (3.21) Рассчитаем термическое сопротивление стенки и загрязнений : ; (3.22) ; Коэффициент теплопередачи: ; (3.23) Поверхностная плотность потока: ; (3.24) 1.3 Определим ориентировочно значения и , исходя из того, что ; (3.25) где сумма . Найдем: С; (3.26) С; (3.27) С; (3.28) Проверка: сумма ; 12,3 + 4,3 + 8,5 = 25,1 С; Отсюда С; (3.29) С; (3.30) Введем поправку в коэффициенты теплоотдачи, определив .Критерий Прандтля для смеси бензол-толуол при С; ; (3.31) где ; ; . Коэффициент теплоотдачи для смеси: (3.32) Коэффициент теплоотдачи для воды: (3.33) где ; Исправленные значения К, q, и (3.23): ; ; (3.34) С; (3.35) С; (3.36) (3.37) (3.38) Дальнейшее уточнение , и других величин не требуется, так как расхождение между крайними значениями не превышает 5%. 1.4. Расчетная площадь поверхности теплопередачи: ; (3.39) запас 2. lehetőség. Kagyló-csöves hőcserélő (GOST 15120-79) 2.1. Az áramlási sebességnek a csövekben a turbulens rendszer biztosítása érdekében 2,2-nél nagyobbnak kell lennie. Rajzoljuk fel a hőátadási folyamat diagramját (3.2. ábra). a) A cső alakú térben. Határozzuk meg a Reynolds és Prandtl kritériumokat a benzol-toluol keverékre. Számítsa ki a Reynoldsot a (3.12) képlettel!

Benzol-toluol Víz Rizs. 3.2(a második számítási lehetőséghez)

; Prandtl-kritérium (3.13). ; ahol \u003d 0,14 W / (m K) a benzol-toluol keverék hővezető képessége. A hőátbocsátási tényező kiszámítására szolgáló képlet kiválasztásához kiszámítjuk a GrPr értékét Re-nél< 10000. где - плотность воды при 48,5 С ; ; и - плотности смеси при 25 и 80,5 С; =0,00045 Па с - динамический коэффициент вязкости смеси при 48,5 С. ; Для вертикального расположения труб примем выражение примем значение = 1 с дальнейшей поправкой где и вязкость смеси бензол-толуол при 48,5 С и температуре стенки соответственно. Рассчитаем по формуле (3.20). ; Коэффициент теплоотдачи для смеси бензол-толуол (3.15): ; б) Межтрубное пространство. Рассчитаем коэффициент теплоотдачи для воды. Скорость воды в межтрубном пространстве (3.16). ; Критерий Рейнольдса для воды (3.17): ; где =0,0011 Па с , = 998 при температуре +17,5 С; Критерий Прандтля для воды при +17,5 С (3.18): ; где =0,59 Вт/(м К) - коэффициент теплопроводности воды . Для выбора формулы расчета коэффициента теплоотдачи рассчитаем значение GrPr при Re < 10000 (3.19). ; где - плотность воды при 17,5 С ; ; и - плотности воды при 10 и 25 С; =0,0011 Па с - динамический коэффициент вязкости воды при 17,5 С. ; Для вертикального расположения труб примем выражение примем значение = 1 с дальнейшей поправкой где и вязкость воды при 17,5 С и температуре стенки соответственно (3.20). ; Коэффициент теплоотдачи для воды (3.21): ; Рассчитаем термическое сопротивление стенки и загрязнений (3.22): ; Коэффициент теплопередачи (3.23): ; Поверхностная плотность потока (3.24): ; 2.3. Определим ориентировочно значения и , исходя из формулы (3.25). Найдем: С; (3.26) С; (3.27) С; (3.28) Проверка: сумма ; 13,9 + 3,6 + 7,6 = 25,1 С; Отсюда С; (3.29) С; (3.30) Введем поправку в коэффициенты теплоотдачи, определив . Для смеси бензол-толуол при С и воды при С; Коэффициент теплоотдачи для смеси (3.33): где - кинематическая вязкость . Коэффициент теплоотдачи для воды (3.33): где - вязкость воды при температуре стенки ; Исправленные значения К, q, и (3.23),(3.34),(3.35) и (3.36): ; ; С; С; Проверка расхождения по формулам (3.37) и (3.38). Дальнейшее уточнение , и других величин не требуется, так как расхождение между крайними значениями не превышает 5%. 2.4. Расчетная площадь поверхности теплопередачи (3.39): ; запас 4.Hidraulikus és gazdasági számítások Hidraulikus ellenállás számítása. Hasonlítsuk össze a héjas-csöves hőcserélők két kiválasztott opcióját a hidraulikus ellenállás szempontjából. 1.opció. Folyadék sebessége a csövekben; (4.1) ; (4.2) A súrlódási együtthatót a (4.2) képlettel számítjuk ki: ; ahol az érdességi kiemelkedések magassága a felületen, d a cső átmérője. Az elosztókamra szerelvényeinek átmérője - csőtér, - gyűrű alakú tér. ; (4.3) Számítsa ki a sebességet a szerelvényekben a (4.3) képlet alapján! A csőtérben a következő helyi ellenállások vannak: bejárat a kamrába és kilépés onnan, 5 fordulat 180 fokkal, 6 bejárat a csövekbe és 6 kijárat azokból. A képletnek megfelelően megkapjuk (4.4) Számítsa ki a hidraulikus ellenállást a (4.4) képlet alapján. A gyűrűs áramlás által mosott csősorok száma, ; vegyük fel a kerekítést 9. A szegmenspartíciók száma x= 10 A fúvókák átmérője a burkolatig - gyűrűs , az áramlási sebesség a fúvókákban a (4.3) képlet szerint Az áramlási sebesség a legkeskenyebb szakaszon (4.5) körülötte áramolva (4.6) Számítsa ki a hidraulikus ellenállást a képlet segítségével (4.6) 2. lehetőség. Folyadék sebessége a csövekben (4.1) ; A súrlódási együtthatót a (4.2) képlettel számítjuk ki: ; Az elosztókamra szerelvényeinek átmérője - csőtér, - gyűrű alakú tér. A sebességet a szerelvényekben a (4.3) képlet alapján számítjuk ki. A csőtérben a következő helyi ellenállások vannak: bejárat a kamrába és kilépés onnan, 3 180 fokos fordulat, 4 bejárat a csövekbe és 4 kijárat azokból. A képletnek megfelelően a hidraulikus ellenállást a (4.4) képlet szerint számítjuk ki A gyűrűben lévő áramlás által mosott csősorok száma, ; vegyük fel a kerekítést 9. A szegmenspartíciók száma x= 10 A fúvókák átmérője a burkolatig - gyűrű , áramlási sebesség a fúvókákban a (4.3) képlet szerint. Az áramlási sebesség a legkeskenyebb szakaszon (4.5) annak áramlása közben. A hidraulikus ellenállást a (4.6) képlet alapján számítjuk ki. 5. Gazdasági számítás 1.opció. A hőcserélő tömege A berendezés költségének becsléséhez ki kell számítani a hőcserélő csövek tömegét. (5.1) ahol szerint A csövek tömegének részesedése a teljes hőcserélő tömegéből A hőcserélő egységnyi tömegének ára a Tstr szerint = 0,99 rub/kg. Hőcserélő ára Az energiaköltségek, figyelembe véve a forró folyadék csövön keresztüli szivattyúzására szolgáló szivattyúegység hatásfokát: (5.2) ahol a gyakorlati számítások szerint . A hideg folyadék gyűrű alakú téren keresztüli szivattyúzásának energiaköltségei (5.3) A csökkentett költségek (5.4), ahol 8000 a szivattyúk éves működési ideje; \u003d 0,02 - egy kilowatt energia költsége dörzsölje / kW. 2. lehetőség. A hőcserélő tömege a berendezés költségének becsléséhez ki kell számítani a hőcserélő csövek tömegét (5.1.). A csövek tömegének aránya a teljes hőcserélő tömegéből A hőcserélő ára Az energiaköltségek, figyelembe véve a szivattyúegység hatásfokát a forró folyadék csövön keresztül történő szivattyúzására, (5.2): ahol gyakorlati számítások szerint . A hideg folyadék gyűrű alakú téren keresztül történő szivattyúzásának energiaköltségei (5.3) A csökkentett költségek (5.4) 6. Következtetések Az érthetőség kedvéért a számítások eredményeit táblázatban foglaljuk össze. Az (1. táblázat) alapján látható, hogy a kiválasztott opciók csökkentett költségei közötti különbség Asztal 1.

Műszaki és gazdasági mutatók	669,9
	5,6	2,4
	685,7	672,3

jelentéktelen. De még mindig a leggazdaságosabb a második lehetőség a csökkentett költségek szempontjából. Ezenkívül a második lehetőség nagyobb felületi résszel rendelkezik, ami a készülék szennyeződése esetén előnyt jelent az első opcióval szemben. 7. Következtetés Ebben a dokumentumban anyag-, hő-, gazdasági és hidraulikai számítások készültek, amelyek alapján következtetéseket vontunk le. A legoptimálisabb hőcserélőt választottuk. A bevezető a hőátadás és a folyadékáramlás alapvető törvényeit is tükrözte.