Тепловой и конструктивный расчет теплообменного аппарата
ЗАДАНИЕ НА РАСЧЕТНУЮ РАБОТУ ПО ТЕПЛОМАССООБМЕНУ
(для специальности 7.092108 "Теплогазоснабжение и вентиляция"
заочной и ускоренной форм обучения)
Выбор варианта задания производится по двум последним цифрам шифра (например, номера зачетной книжки).
Студент должен решить 5 задач и выполнить расчет рекуперативного водоводяного теплообменного аппарата. Решение следует выполнить в системе единиц СИ.
Решение задач
Задача № 1
Вычислить и изобразить в масштабе распределение температуры в плоской стенке толщиной d = 0,25м, выполненной из шамотного кирпича, коэффициент теплопроводности которого является функцией температуры l = 0,838 (1 + 0,0007 t). Температуры внутренней и наружной поверхностей стенки равны соответственно tс1 и tс2.
Таблица 1 – Температура на внутренней поверхности стенки
| Температуры, оС | Последняя цифра шифра | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 | |
| tс1 | 1300 | 1400 | 1100 | 1200 | 1450 | 1350 | 1250 | 1150 | 1050 | 1000 |
Таблица 2 – Температура на наружной поверхности стенки
| Температуры, оС | Предпоследняя цифра шифра | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 | |
| tс2 | 50 | 90 | 60 | 40 | 100 | 56 | 46 | 42 | 40 | 38 |
Указания: Руководствоваться теоретическим материалом – стр. 325 – 328 литературы [1]. Аналогичный пример приведен в примере 1-6 литературы [2].
|
|
|
Задача № 2
Стальной трубопровод диаметром dв/dн = 100/110 мм покрыт изоляцией в два слоя одинаковой толщины d2 = d3 = 50 мм. Температура внутренней поверхности трубы tс1 и наружной поверхности изоляции tс4. Определить потери теплоты через изоляцию с 1 м трубопровода (ql) и температуру на границе соприкосновения слоев изоляции, если первый слой изоляции, накладываемый на поверхность трубы, выполнен из материала с коэффициентом теплопроводности l2 = 0,06 Вт/×оС, а второй слой – из материала с коэффициентом теплопроводности l3 = 0,12 Вт/×оС.
Таблица 3– Температура на внутренней поверхности трубы
| Температуры, оС | Последняя цифра шифра | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 | |
| tс1 | 250 | 300 | 350 | 400 | 250 | 450 | 500 | 480 | 450 | 400 |
Таблица 4 – Температура на наружной поверхности изоляции
| Температуры, оС | Предпоследняя цифра шифра | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 | |
| tс4 | 50 | 60 | 64 | 70 | 40 | 70 | 80 | 70 | 60 | 65 |
Указания: Руководствоваться материалом – стр. 331 – 332 [1], аналогичный пример 23-5 на стр. 336 учебника [1].
Задача № 3
Медный шинопровод круглого сечения диаметром 15 мм охлаждается поперечным потоком сухого воздуха с температурой Тж.
|
|
|
 |   | ||
w = 0,5 м/с 
Тж = 293оК 
Скорость набегающего потока составляет w = 0,5 м/с, а температура стенки шинопровода Тст. Вычислить плотность теплового потока и коэффициент теплоотдачи от поверхности шинопровода к воздуху.
Таблица 5 – Температура сухого воздуха
| Температуры, оК | Последняя цифра шифра | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 | |
| Tж | 293 | 303 | 283 | 293 | 313 | 273 | 283 | 313 | 303 | 283 |
Таблица 6 – Температура стенки шинопровода
| Температуры, оК | Предпоследняя цифра шифра | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 | |
| Tст | 373 | 363 | 393 | 383 | 413 | 423 | 353 | 433 | 413 | 373 |
Указания: Руководствоваться материалом – стр. 395 - 397 [1], аналогичный пример 6-1 на стр. 135 литературы [2].
Задача № 4
Определить потерю теплоты при свободной конвекции от вертикального неизолированного трубопровода диаметром dн и высотой h к воздуху. Температура стенки Тст, температура воздуха Тж. Какое количество теплоты будет передано этим трубопроводом в окружающую среду в течение t часов?
Таблица 7 – Значения параметров по последней цифре шифра
|
|
|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 |
| Диаметр трубопровода, dн, м | 0,12 | 0,11 | 0,9 | 0,8 | 0,7 | 0,5 | 0,12 | 0,13 | 0,15 | 0,18 |
| Высота трубопровода, h, м | 6 | 5 | 7 | 4 | 3 | 6 | 7 | 4 | 5 | 2 |
Таблица 8 – Значения параметров по предпоследней цифре шифра
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Температура стенки, Тст | 523 | 513 | 493 | 503 | 533 | 473 | 453 | 493 | 393 | 523 |
| Температура воздуха, Тж | 293 | 283 | 273 | 313 | 303 | 283 | 273 | 303 | 293 | 303 |
| Время, t, час | 1 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1,2 | 1,3 | 1,4 | 1,5 |
Указания: Руководствоваться материалом – стр. 403 – 405 [1]. Аналогичная задача (27-6) на стр. 410 [1].
Задача № 5
Вычислить плотность теплового потока через кирпичную стену помещения (из силикатного кирпича), кладка в два кирпича (d = 510 мм), если: температура воздуха внутри помещения tж1; коэффициент теплоотдачи от внутреннего воздуха внутренней поверхности стены a1 = 7,5 Вт/м2×оС; температура наружного воздуха tж2; коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности, обдуваемой ветром, a1 = 23 Вт/м2×оС. Определить также температуры на внутренней и наружной поверхностях стены tс1 и tс2.
|
|
|
Таблица 9 – Температура воздуха внутри помещения
| Температуры, оС | Последняя цифра шифра | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 | |
| tж1 | 18 | 24 | 19 | 20 | 19 | 24 | 21 | 18 | 19 | 20 |
Таблица 10 – Температура наружного воздуха
| Температуры, оС | Предпоследняя цифра шифра | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 | |
| tж2 | -20 | -10 | -25 | -5 | -15 | -2 | -3 | -30 | -12 | -10 |
Указания: Руководствоваться материалом – стр. 337 -340 [1].
Тепловой и конструктивный расчет теплообменного аппарата
Тепловой и конструктивный расчет рекуперативного теплообменного аппарата проводится на основе совместного решения уравнений теплового баланса и теплопередачи. Как правило, задачей проектирования теплообменного аппарата (ТА) является выбор или конструирование такого теплообменника, в котором обеспечится нагрев определенного количества холодного (нагреваемого) теплоносителя до заданных параметров, т.е. определение площади поверхности теплообмена F. Заданы и греющий теплоноситель (горячая вода) и нагреваемый (также вода) – их температура и давление.
Длительный опыт проектирования теплообменников позволил рекомендовать последовательность в проведении расчета рекуперативных теплообменных аппаратов, изложенную в литературе [3], для определения площади поверхности нагрева.
2.1 Выполнить расчет ТА, в соответствии с Методическими указаниями [3], по исходным данным, приведенным в бланке задания (Приложение 1).
2.2 Составить схему движения теплоносителей в аппарате. Например, на рис. 1 приведена схема движения теплоносителей в 4-х секционном водоводяном рекуперативном ТА.
|
Рис. 1 Схема движения теплоносителей в ТА
Приложение 1
ДОНБАССКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ
Кафедра __Теплотехники, теплогазоснабжения и вентиляции ___
Дисциплина__ Тепломассообмен ______________
Специальность __________ТТГВ_________________________________________
Курс _____ Группа____________ Семестр______________________
ЗАДАНИЕ
На расчетную работу
Студента_________________________________________________
(фамилия, имя, отчество)
1. Тема работы __Тепловой и конструктивный расчет ____ теплообменного аппарата _________________________
2. Исходные данные для работы:
2.1 Вид ТА водоводяной рекуперативный______________________
2.2 Данные о греющем теплоносителе
Горячая вода: давление Температура на входе в ТА, оС Р1 = ;
Температура на входе в ТА t1 ¢ = оС;
Температура на выходе из ТА t1 ¢¢ =________оС.
Данные о греющем теплоносителе приведены в таблице 2.1. Принимать по предпоследней цифре шифра зачетной книжки.
2.3 Данные о нагреваемом теплоносителе:
Вода, расход которой составляет: G2 = кг/с; температура воды на входе и на выходе из ТА: t2 ¢ = оС; t2 ² = оС.
Данные о нагреваемом теплоносителе приведены в таблице 2.2. Принимать по последней цифре шифра зачетной книжки.
3.Содержание расчетно-пояснительной записки (перечисление вопросов, которые подлежат разработке): 1)Тепловой расчет ТА: совместное решение уравнений теплового баланса и теплопередачи с целью определения поверхности нагрева и конструктивных размеров теплообменного аппарата: диаметра и количества трубок; внутреннего диаметра кожуха; диаметров патрубков подвода и отвода теплоносителей; размеров фланцев и т.д. 2)Конструктивно-механический расчет: определение допустимой толщины стенки кожуха ТА и трубок трубной решетки и сравнение допустимых (расчетных) значений с принятыми толщинами.3)Гидравлический расчет ТА: определение гидродинамических потерь напора при движении теплоносителей через ТА и определение необходимой мощности электродвигателей насосов для прокачки теплоносителей.
Таблица 2.1 – Значения параметров греющего теплоносителя
(по предпоследней цифре шифра)
|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 |
| Давление горячей воды, Р1∙10-5, Па | 8 | 6 | 9 | 7 | 10 | 11 | 12 | 15 | 14 | 15 |
| Температура на входе в ТА, t1¢, оС | 160 | 150 | 170 | 155 | 175 | 180 | 185 | 170 | 170 | 190 |
| Температура на выходе из ТА, t1¢¢, оС | 60 | 50 | 50 | 55 | 55 | 50 | 55 | 60 | 70 | 50 |
Таблица 2.2 – Значения параметров нагреваемого теплоносителя
(по последней цифре шифра)
|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Расход нагреваемого теплоносителя, G2, кг/с | 4 | 5 | 6 | 7 | 4,5 | 3,5 | 8 | 10 | 7,5 | 9 |
| Температура на входе в ТА, t2¢, оС | 10 | 5 | 5 | 10 | 15 | 10 | 5 | 20 | 10 | 10 |
| Температура на выходе из ТА, t2², оС | 50 | 55 | 65 | 50 | 55 | 50 | 55 | 60 | 60 | 50 |
РЕКОМЕНДОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Нащокин В.В. «Техническая термодинамика и теплопередача»
2. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. «Задачник по теплопередаче»
Дата добавления: 2021-02-10; просмотров: 62; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!