close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Правительство Москвы департамент здравоохранения;pdf

код для вставкиСкачать
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра теплогазоснабжения и вентиляции
ТЕПЛОМАССООБМЕН
Методические указания
к расчетно-графическим работам для студентов
профиля «Теплогазоснабжение и вентиляция»,
направление 270800 - «Строительство»
Квалификация бакалавр
Казань
2011
УДК 536.24
ББК 31.31
В15
В15 Тепломассообмен: Методические указания к расчетно-графическим
работам для студентов профиля «Теплогазоснабжение и вентиляция»,
направление 270800 - «Строительство». Квалификация бакалавр / Сост.:
М.А.Валиуллин, З.Х.Замалеев.- Казань: КГАСУ, 2011.- 11с.
Печатается
по решению Редакционно-издательского совета
Казанского государственного архитектурно-строительного университета
В методических указаниях рассмотрен порядок решения двух
задач по курсу «Тепломассообмен». Хотя указания и содержат основные
расчетные
зависимости,
для пользования
ими
необходимо
предварительно изучить соответствующие теоретические вопросы по
конспекту лекций или учебнику[1].
Табл.2; илл, библиогр. 2 наим.
Рецензент
Кандидат технических наук, доцент кафедры теплоэнергетики
КГ АСУ
ЛЛ.Сулейманова
УДК 536.24
ББК 31.31
© Казанский государственный
архитектурно-строительный
университет, 2011
© Валиуллин М.А., Замалеев З.Х.,
2011
1. РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА ТИПА
«ТРУБА В ТРУБЕ»
Задание, Определить поверхность нагрева и число секций теплообмен­
ника типа «труба в трубе». Нагреваемая жидкость (вода) движется по внут­
ренней стальной трубе (л = 50 Вт/м*°С) диаметром ^~ и имеет температуры
ст
на входе 4,, на выходе -С . Расход нагреваемой жидкости - М . Тепло к на­
греваемой жидкости передается от конденсирующегося в кольцевом канале
между трубами водяного пара. Температура конденсации t . Расположение
теплообменника - горизонтальное, длина одной секции - / .
К пояснительной записке приложить эскизный чертеж теплообменника.
Размеры наружной трубы выбрать конструктивно.
Таблица 1
Жг
2
H
м
1
п
2у
варианта
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
мм
2
25/20
32/25
40/32
50/40
60/51
25/20
32/25
40/32
50/40
60/50
60/50
50/40
40/32
32/25
25/20
25/20
25/20
25/20
32/25
32/25
32/25
40/32
40/32
40/32
50/40
м
3
1,2
1,5
1,6
1,8
2,0
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,5
1,7
2,0
1,6
1,8
2,0
1,5
1,8
2,0
1,7
кг/ч
4
2600
2700
2800
2900
3000
3000
3100
3200
3300
3400
2850
2750
2650
2550
2450
2850
2950
3050
3100
3150
3200
3020
3120
3220
3200
'„>
°с
5
15
16
17
18
10
10
12
14
16
18
20
18
15
12
10
12
15
18
15
18
20
12 .
15
18
15
°С
6
85
88
90
92
95
80
82
85
88
90
95
90
80
85
90
85
90
95
88
92
96
90
93
96
80
°С
7
150
160
170
180
190
160
165
175
185
195
200
190
180
160
150
140
160
180
150
170
190
160
190
220
170
1
26
27
28
29
30
3
2,0
2,2
1,5
2,0
2,5
2
50/40
50/40
60/50
60/50
60/50
4
3260
3300
3350
3400
3450
5
16
18
12
14
16
Окончание таблицы 1
6
7
85
190
90
210
84
180
88
200
91
220
Тепловой расчет теплообменных аппаратов основан на совместном ре­
шении уравненй теплового баланса и теплопередачи. Из первого уравнения
можно найти количество теплоты, расходуемой на тепловой процесс, а также
расходы теплоносителей. Второе уравнение позволяет определить поверх­
ность теплообмена, необходимую для проведения теплового процесса.
1.1. Определение количества передаваемой теплоты и расхода пара
Уравнение теплового баланса имеет вид:
Q = -А/,ДА, =
(1.1)
M Ah ,
2
2
где Q - количество передаваемой теплоты, Вт; м и м - расходы соответст­
венно греющего и нагреваемого теплоносителей, кг/с; дл, и д/, - изменение
энтальпии соответствующих теплоносителей, Дж/кг.
При отсутствии изменения агрегатного состояния
х
2
2
*2 = р (С2
А/
С
2
где с
р2
*ж
'
2
)
9
(1.2)
- средняя удельная теплоемкость жидкого теплоносителя в интервале
температур от г
Жг
до { , Дж/кг- °С; t
Жг
и Г - начальная и конечная темпе­
x%
Жг
ратуры теплоносителя °С.
С учетом (1.2) уравнение (1.1) примет вид:
2= -м^=м с, (?; -0
2
2
2
(1.3)
Тогда расход греющего пара определится как
м с {г
г
Рг
Жг
1
-L )
2
(1.4)
где h" и h - соответственно энтальпии греющего пара и конденсата, Дж/кг.
4
1.2. Определение поверхности теплообмена
Необходимая для теплового процесса поверхность теплообмена опреде­
ляется из уравнения
F
Q = *K >
(1-5)
2
где к - коэффициент теплопередачи, Вт/м - °С; At^- средний температурный
напор, °С; F - поверхность теплообмена, м.
Из (1.5) имеем:
(1.6)
Характер зависимости для расчета
определяется направлениями воз­
можного движения теплоносителей [1]; в рассматриваемой задаче
д
где
^=^4г">
0-7)
&t =t -L.
e
H
В случае теплопередачи через цилиндрическую стенку количество теп­
лоты определяется формулой
Q=tyLta .
(1.8)
9
В формуле (1.8)
=
** —
1_
+
Г~Т
Г"'
-ln-^+
2
^'^
где а, и
коэффициенты теплоотдачи соответственно на внутренней и
внешней стороне стенки, Вт/м -^.
При расчете теплообменных аппаратов с тонкостенными трубами
(</ /</,<1,5) можно пользоваться формулой для коэффициента теплопередачи
через плоскую стенку
2
2
(1.10)
а,
cm
5
а.
к о т о р ы й и з а л о ж е н в у р а в н е н и я х (1.5) и (1.6).
В (1.10): 4 т * т о л щ и н а с т е н к и , м ; Л ш
коэффициент теплопроводности
м а т е р и а л а с т е н к и В т / м - ° С ( т а б л . 2 [2]).
К о э ф ф и ц и е н т т е п л о о т д а ч и о т к о н д е н с и р у ю щ е г о с я п а р а к с т е н к е (с^)
м о ж е т быть определен п о формуле
а,. - ^—>
(1.11)
ШгВ
г д е Re„- п р и в е д е н н ы й к р и т е р и й Р е й н о л ь д с а в ы ч и с л я е т с я п о к р и т е р и а л ь н о й
зависимости
0,75
Re =3,5z;и
(1.12)
w
г д е z, = Д/„ я л ;
дг„ = t H
- температурный напор.
Температура стенки с о стороны пара в первом приближении
В ф о р м у л е п р и в е д е н н о й д л и н ы z в м е с т о Н н у ж н о п о д с т а в л я т ь пг г д е г H
радиус трубы, м.
З н а ч е н и я к о м п л е к с о в А,В в з а в и с и м о с т и о т t„ п р и в е д е н ы в т а б л . ( с т р . 2 6
[2]),
Значения
критериев
Прандтля
?
Т ж
и
р , берутся
г
ж
по
табл.
12
[ 2 ] с о о т в е т с т в е н н о п р и т е м п е р а т у р а х * и tcmi.
я
К о э ф ф и ц и е н т т е п л о о т д а ч и (а )От
стенки к движущейся жидкости рас­
г
считывается п о формуле
(1.13)
г д е Nu
- вычисляется п о критериальным уравнениям в зависимости от зна­
ч е н и я Re^;
- коэффициент теплопроводности жидкого
теплоносителя,
В т / м * ° С ( т а б л . 12[2]).
Теплоотдача
при вынужденном
вязкостном ламинарном движении
в
5
Т р у б а х Re^ < 2300: Gr • Pr. < 8 • 10
cp
. Pr
6
,
(1.14)
Теплоотдача при вынужденном вязкостно-гравитационном ламинарном
движении В Трубах Re (2300;Gr А ^ в Ю
5
x>
v
'Рг.
, Рг
\
1
Ж
'cm
,
(1.15)
У
Теплоотдача при турбулентном движении в трубах Re >ю
(1.16)
Скорсють движения жидкости в трубе определяется по формуле
rn
co­
pnd2
(1.17)
3
где М - массовый расход жидкости, кг/с; р - плотность жидкости (табл.
12[2])кг/м ; d - диаметр трубы, м.
В критериальных зависимостях 1,14-1.16 Re^ и Рг^ определяются при
температуре
3
а Рг - при температуре
t
=
- At
где перепад температур в стенке
At
= ^ £ 2 L ;
cm
(1.18)
По найденным величинам а и а рассчитывается коэффициент тепло­
передачи к Затем проверяется принятое значение .
Если принятая и рассчитанная по соотношению
a^ -^)=&V
(1.19)
величины t отличаются более чем на ±5%, задаемся новым значением /^и
повторяем расчет.
х
г
H
cmi
Рассчитав далее поверхность теплообмена по (1.6), определяем число
секций
F
2
где f, - поверхность теплообмена одной секции, м .
Если коэффициент теплопередачи определяется по (1.9), то рассчитыва­
ем
ь=-£—>
(1.20)
КМ*
и число секций определяем по соотношению L и /.
2. РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА Т Е П Л О Т Ы И ПАРА
ПРИ ИСПАРЕНИИ ЖИДКОСТИ С ОТКРЫТОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Задание. Определить количество теплоты и пара, поступающее в воз­
дух помещения с открытой поверхности ванны с водой. Длина ванны - / ,
ширина - Ь. Температура воды в глубине . Ванна находится d в зоне дей­
ствия воздушного потока, имеющего скорость w . Параметры воздуха: тем­
пература - t , барометрическое давление - р
Таблица 2
№
щ
<Р> ZV10- ,
ъ,
К,
вари­
м/с
м
м
Па
°С
%
°С
анта
4
5
6
3
7
8
2
1
50
0,5
13
98,6
0,7
1
30
0,1
51
98,8
0,2
0,6
14
2
32
0,8
0,3
0,7
15
52
99,0
0,9
3
43
53
0,4
0,8
99,2
4
36
16
1,0
0,5
99,4
54
0,9
17
5
38
1,1
0,6
55
18
99,67
6
40
1,0
1,2
0,7
56
99,8
19
42
7
1,3
1Д
0,8
100,0
57
20
44
8
1,2
1,4
0,9
100,2
58
21
46
1,3
1,5
9
100,4
1,0
59
22
10
1,4
48
1,6
60
100,6
1,5
21
11
50
1,7
1,1
1,2
100,8
59
20
1,6
1,8
52
12
101,0
1,3
58
54
19
1,9
13
1,7
2,0
101,2
57
18
1,4
1,8
14
56
c
Б
3
L
8
1
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
uL
2
58
60
57
55
53
51
49
47
45
43
41
39
37
35
33
31
3
17
16
15
14
13
20
27
22
20
19
18
17
16
15
14
13
4
56
55
54
53
52
51
50
51
52
53
54
55
56
56
59
60
5
101,4
101,6
101,8
102,0
101,8
101,6
101,4
101,2
101,0
100,8
100,6
100,4
100,2
100,0
99,8
99,6
Окончание таблицы 2
6
8
7
1,5
1,9
2,1
2,0
2,2
1,6
2,1
2,3
1,7
2,2
2,4
1,8
2,5
2,3
1,9
2,0
2,4
2,6
0,2
1,2
1,2
0,4
1,4
1,3
0,6
1,4
1,6
0,8
1,5
1,7
1,8
1,0
1,6
2,0
1,2
1,8
2,0
2,0
1,4
1,6
1,6
1,8
1,6
1,4
1,8
2,0
1,2
1,4
2.1. Определение количества пара, поступающего в воздух
Количество пара (испарившейся жидкости) определяется по формуле
/=>%-c )F,
(2.1)
0
где р = Nu — - коэффициент массоотдачи, м/с; D - коэффициент диффузии,
D
м /с; / - определяющий размер, м; NU - диффузионный критерий Нуссельта;
с , с - концентрация водяного пара соответственно над поверхностью жид­
кости и в окружающей среде, кг/м ; F - площадь поверхности испарения, м .
Значение N при испарении жидкости в парогазовую среду в условиях
вынужденной конвекции определяется по следующей зависимости
D
п
а
3
2
UD
n
33
l35
Nu =BKe V$ Gu°> e\
D
В этом уравнении
GU
Tc
Tm
= ~
\ в^^\т т
с>
м
(2.2)
- абсолютные температуры
среды по сухому и мокрому термометру определяются по i-d диаграмме
влажного воздуха рис. 7[2]; т„ - абсолютная температура поверхности жид­
кости. Значения В и пв зависимости от числа Re приведены в табл. (стр. 27
[2])Значение критерия Рейнольдса определяется по формуле
(2.3)
2
где v - кинематическая вязкость парогазовой смеси, м /с берется из табл. 9
[2] при температуре ^=1а-±к; / =
( F - площадь сечения трубы, м ; Р 2
периметр сечения трубы, м).
Диффузионное число Прандтля рассчитывается из следующего соотно­
шения
(2-4)
Коэффициент диффузии D находится по следующей формуле
л = А**
5*
т
\
л
табл
Б
/
2
2
,м /с,
5
( - )
Д А*=21,6-1(Г« м*/с при 7 ; ^ = 293 К и р = 101325 Па. Значения В и л в
формуле (2.2) берется из таблицы на стр. 27 [2].
Концентрация водяного пара в воздухе определяется по уравнению со­
стояния
C = DW(2.6)
г
е
лобл
R isТ
9
где р - парциальное давление пара при температуре паровоздушной смеси,
Па, определяется по табл. 1 [2]; R - универсальная газовая постоянная,
Дж/кмоль-К; м - молекулярная масса пара, кг/кмоль.
В качестве определяющей температуры берется
M
U
Л.
СР
"
С
1
С
,
где t - температура поверхности жидкости °С — принимается на 2 °С ниже ^ .
n
2.2. Определение количества теплоты, переносимой
в воздух
Общее количество теплоты, отдаваемой жидкостью при испарении со­
ставляет
б « е . + & + 0, .
ю
2
7
( - )
где Q - количество теплоты, переносимой в воздух вместе паром, Вт; Q - ко­
личество теплоты, переносимой в воздух помещения конвективным путем,
Вт; £ - количество теплоты, отдаваемой поверхностью воды излучением, Вт.
Составляющие уравнения (2.7) определяются по формулам:
C
K
л
(2.8)
(2.9)
Q =a(t -t )F,
K
n
c
(т
(2.10)
100
Uooj
В формулах (2.8-2.10):
а = /\гн — коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/м *К; е - приведен2
п
ная степень черноты системы - в условиях помещения можно принять
* = о,85 + о,9; с = 5,67 - коэффициент излучения абсолютно черного тела,
Вт/м -К .
Критерий Нуссельта, характеризующий теплоотдачу при испарении
жидкости в парогазовую среду в условиях вынужденной конвекции
я
0
2
4
0
33
0
M/ = ^Re"Pr ' Gw '
1755
2
^.
(2.11)
Значения А и п приведены в таблице (стр. 27. [2]).
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача.М.: Азвоок, 2009.- 469 с , ил.
2, Справочные таблицы по тепломассообмену. Казань: КГАСУ,
' 2010.-43 с.
11
ТЕПЛОМАССООБМЕН
Методические указания
к расчетно-графическим работам для студентов
профиля «Теплогазоснабжение и вентиляция»,
направление 270800 - «Строительство»
Квалификация бакалавр
Составители: М.А.Валиуллин, З.Х.Замалеев
Редактор Г.А.Рябенкова
Редакционно-издательский отдел
Казанского государственного архитектурно-строительного университета
Подписано в печать Z0.06.
Формат 60x84/16
Тираж 100 экз.
Бумага офсетная № 1
Усл.-печ.л.0,75
Заказ № 3<20,
Печать ризографическая
Уч.-изд.л.0,75
Печатно-множительный отдел КГАСУ
420043, Казань, ул. Зеленая,!
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа