ЗАДАНИЕ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

ЗАДАНИЕ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ. Выполнить тепловой, конструктивный и гидравлический расчеты рекупера-тивного прямотрубного одноходового теплообменника по первичному и вторич-ному теплоносителям при противоточной схеме течения двух газообразных тепло-носителей (первичный - азот, вторичный - воздух). Исходные данные: Начальная температура азота: Т11= 775+273 = 1048 К Конечная температура азота: Т12= 575+273 = 848 К Начальная температура воздуха: Т21=22+273 = 299 К Конечная температура воздуха: Т22=450+273 = 748 К Расход первичного теплоносителя (азота): G1 = 14 кг/c Скорость азота в трубках теплообменника: щ1 = 10 м/с Внутренний диаметр стальных трубок: d = 0,032 м Абсолютное давление азота: P1=0,4МПа = 40Па Абсолютное давление воздуха: Р2=0,2 МПа = 20Па Теплоемкость азота при входе: С11= 1,032+0,00008955(Т11-273) = 1,101 кДж/кг оС Теплоемкость азота при выходе: С12= 1,032+0,00008955(Т12-273) = 1,083 кДж/кг оС Теплоемкость воздуха при входе: С21=0,9956+0,000093(Т21-273) = 0,998 кДж/кг оС Теплоемкость воздуха при выходе:С22=0,9956+0,000093(Т22-273) = 1,04 кДж/кг оС 2. РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ 2.1 Тепловой расчет А. Определение тепловой производительности аппарата, расхода воздуха и тем-пературного напора: 1. Энтальпия азота при входе в трубки, кДж/кг i11 = 1154,3 кДж/кг 2. Энтальпия азота при выходе из трубок, кДж/кг i12 = 918,8 кДж/кг 3. Тепловая производительность аппарата, кВт Q = 3296,6 кВт 4. Энтальпия воздуха при входе в межтрубное пространство, i21 = 298,4 кДж/кг 5. Энтальпия воздуха при выходе из межтрубного пространства, i22 = 777,8 кДж/кг 6. Расход воздуха, кг/с G2 = 6,88 кг/с 7. Большая разность температур, K &#916;tб = 549 К 8. Меньшая разность температур, K &#916;tм = 300 К 9. Температурный напор, K &#916;t = 412,036 К Б. Определение коэффициента теплоотдачи от азота к стенке 10. Физические параметры азота при средней температуре, K Абсолютная средняя температура, К Т1= 948 К Абсолютное давление, Па Па Кинематическая вязкость, м2/с м2/с Число Прандтля, Теплопроводность азота, Вт/м K Вт/м K 11. Число Рейнольдса Re=3928 12. По найденному значению числа Рейнольдса устанавливаем характер движения - переходный 13. Число Нуссельта Nu1=13,6 14. Коэффициент теплоотдачи от азота к стенке, Вт/м K &#945;1=23,81 В. Определение коэффициента теплоотдачи от стенки к воздуху 15. Физические параметры воздуха при средней температуре, К Абсолютная средняя температура воздуха, К Т2 = 523,5 К Абсолютное давление, Па Па Кинематическая вязкость, м2/с м2/с Число Прандтля, Теплопроводность воздуха, Вт/м K Вт/м K 16. Эквивалентный диаметр для межтрубного пространства, м (см. п.36) dэ=0,02 м 17. Скорость воздуха в межтрубном пространстве, м/с (см. п.38) &#969;2=1,56 м 18. Число Рейнольдса для воздуха Re2=2981,2 19. Число Нуссельта для воздуха Nu2=10,7 20. Коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху, Вт/м K &#945;2=14,7 Вт/м K Г. Определение коэффициента теплопередачи и поверхности нагрева 21. Термическое сопротивление (без учета сопротивления стенки трубки), м2/Вт K R0=0,11м2/ВтК 22. Коэффициент теплопередачи чистой поверхности нагрева, Вт/м2 K К0=9,1 Вт/м2 K 23. Расчетная величина чистой поверхности нагрева, м2 F0=879,5 м2 24. Поверхность нагрева с учетом запаса на загрязнение, м2 F=1099,4 м2 2.2 Конструктивный расчет 25. Площадь поперечного сечения одной трубки по внутреннему диаметру d, м2 fтр=2,0&#8729;104 м2 26. Плотность азота при Т1, Р1 и Rn, кг/м3 Дж/кг K &#961;1 = 1,4&#8729;104 кг/м3 27. Расход азота для одной трубки, кг/с Gтр = 1,14&#8729;10-3 кг/с 28. Число трубок в корпусе, шт n=1,2&#8729;103 шт. 29. Шаг трубок, м s=0,05 м 30. Площадь трубной доски, приходящейся на одну трубку, м2 fтрд=2,5&#8729;10-4 м2 31. Площадь трубной доски без учета кольцевого зазора, м2 fтрд=3,5&#8729;103 м2 32. Диаметр трубной доски по краю трубок, м Dтр=1,99 м 33. Внутренний диаметр корпуса с учетом кольцевого зазора, м м D=2,05 м 34. Площадь межтрубного пространства, м2 fмп=3,3 м2 35. Омываемый периметр межтрубного пространства, м П=656,6 м 36. Эквивалентный диаметр межтрубного пространства, м dэ=0,02 м 37. Плотность воздуха, кг/м3 Дж/кг К &#961;2=1,3 кг/м3 38. Скорость воздуха в межтрубном пространстве, м/с &#969;2=1,56 м/с 39.Поверхность нагрева аппарата в м2 при длине корпуса 1м, dср=0,018 м Fуд=692,4 м3 40. Длина трубок (расстояние между трубными досками), м м. L1=1,2 м 41. Расчетная длина трубок для межтрубного пространства (расстояние между ося-ми входного и выходного патрубка для воздуха), м где b - расстояние от трубной доски до оси патрубка на корпусе для воздуха м L2=6 м 42. Площадь сечения патрубка для азота при м/с fa=0,79 м2 43. Диаметр патрубка для азота, м dа=0,1 м 44. Площадь сечения воздушного патрубка при м/с fв=0,24 м2 45. Диаметр воздушного патрубка, м dв=0,15 м 2.3 Гидравлический расчет 46. Предельное число Рейнольдса для азота при м. Rепр1=9,088&#8729;104 47. Коэффициент гидравлического трения для азота в трубках при 2300<Re1<Reпр1 &#950;1=0,04 48. Потеря давления от трения в трубках, Па &#8710;Pt1=1,13&#8729;103 Па 49. Полная потеря давления в трубках с учетом местных сопротивлений 30%, Па &#8710;P1=1,47&#8729;103 Па 50. Предельное число Рейнольдса для воздуха Rепр2=7,668&#8729;104 51. Коэффициент гидравлического трения для воздуха в межтрубном пространстве при 2300<Re2<Reпр2 &#950;2=0,043 52. Потеря давления от трения в межтрубном пространстве, Па &#8710;Pt2=23,0 Па 53. Полная потеря давления в трубках с учетом местных сопротивлений 50%, Па &#8710;P2=34,5 Па рис.1 Графическое изображение общего вида теплообменного аппарата