Теплопередача через многослойную цилиндрическую стенку. Построение кривой кипения жидкости

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  РФ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ТЭС

КУРСОВАЯ   РАБОТА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ:         ТЕПЛОМАССООБМЕН

ТЕМА:   Теплопередача через многослойную цилиндрическую стенку

            Построение кривой кипения жидкости

    ВЫПОЛНИЛ:  СТУДЕНТ  ЗО  ФЭН

                                                          СПЕЦИАЛЬНОСТЬ:     

                                                             ГРУППА:   ЭТз- 41у

                           ШИФР: 

                                                         ПРОВЕРИЛ: ДОЦЕНТ, К.Т.Н. 

                                                        ШАРОВ Ю.И.                                         

2007

Теплопередача через многослойную цилиндрическую стенку

Задание

Шахматный трубный пучок водяного экономайзера поперечно омывается топочными газами со скоростью W в узком сечении, внутри труб со скоростью W движется вода.

Теплота Q газов передается воде через трехслойную цилиндрическую стенку трубного пучка. Принимая температуры газов и воды соответственно  tи t; наружный и внутренний диаметры стальной трубы  d и d; толщины слоев сажи и накипи  δ и δ; коэффициенты теплопроводности сажи λ= 0,1 Вт/мК; стали λ= 50 Вт/мК и накипи λ= 0,8 Вт/мК.

Методом последовательных приближений определить тепловой поток через трехслойную цилиндрическую стенку q. Расчет считается достаточно точным, если значения линейных коэффициентов теплопередачи K в двух последних приближениях будут отличаться не более чем на 0,1%. Определить температуру стенки со стороны воды t и температуры между слоями t и  t. Принять в первом приближении температуру стенки со стороны газов t= 0,5(t+ t), °C.

Построить график изменения температур при теплопередаче. Исходные данные из табл. 5.1; № п/п-3.

Дано:

Температура газов t= 1100 °C.

Температура воды t= 330 °C.

Диаметры стальной трубы: d/d= 25/20 мм.

Толщина слоя сажи: δс = 1,5 мм.

Толщина слоя накипи: δн = 2 мм.

Скорость газов: W= 10 м/с.

Скорость воды: W= 0,1 м/с.

Коэффициенты теплопроводности:

сажи- λс = 0,1  Вт/мК;

стали- λст = 50  Вт/мК;

накипи- λн = 0,8  Вт/мК.

Расчёт

I Приближение

1. Число Рейнольдса для поперечного обтекания газами шахматного трубного пучка:

где W= 10 м/с - скорость газов - задано;

- коэффициент кинематической вязкости газов, принимается по таблице П1 [2] при температуре газов

Наружный диаметр трубы:

d= d+2δ= 25 + 21,5 = 28 мм = 0,028 м.

Температура наружной стенки принимается в первом приближении:

 t = 0,5(t+ t) = 0,5(1100+330) = 715 °C.

2.  Число Нуссельта для газов по уравнению подобия 1.1 [2]:

Nu= 0,41RePr( Re/ Pr)= 0,4114210,57(0,57/0,609) =26,1; где Pr = 0,57- число Прандтля для газов, принимается по табл. П1 [2], при температуре газов  t = 1100 °C ;

Pr = 0,609 - число Прандтля для газов, при температуре стенки t = 715 °C, по табл.П1[2].

3.  Коэффициент конвективной теплоотдачи от газов к наружной стенки трубы:

 =  =  = 109,53 ;

 где λ= 11,75×10 Вт/м- коэффициент теплопроводности газов,

 при t= 1100 °C, по табл. П1 [2].

4.  Лучистый тепловой поток для незапыленного потока газов по формуле 2.1 [2]:

q= Cо×E'×Е×ψ5,67×0,9×0,2×0,95

= 25217 Вт/м;

 где Cо = 5,67 Вт/м- коэффициент излучения абсолютно черного тела;

E'= ( Eс+1)/2 - эффективная степень черноты стенок;

E= 0,8;

Е= 0,2 - степень черноты дымовых газов в районе водяного экономайзера;

Ψ = 0,95 - поправка, учитывающая отклонение лучеиспускания от закона Стефана- Больцмана, для незапылённых газов Ψ 0,95;

T- температура газов, К;

Т - температура наружной стенки трубы, К.

5.  Лучистый коэффициент теплоотдачи:

 α =  =   =  65,50 Вт/м.

6.  Приведенный коэффициент теплоотдачи от газов к стенке:

 α =  α+ α= 109,53 + 65,5 = 175,03 Вт/м.

7.  Число Рейнольдса для воды в трубах по формуле 3.1 [2]:

Re =   =  = 12598>10;

т.е. режим движения воды – турбулентный;

W= 0,1 м/с- скорость воды – задана;

= 0,12710м/с- кинематическая вязкость воды, по табл.П2 [2],                                                          при  t= 330 °C;

d= d-2δ= 20-22 = 16 мм  = 0,016 м – внутренний диаметр трубы ВЭК.

8.  Число Нуссельта для воды при турбулентном режиме, определяется по уравнению подобия 3.4 [2]:

Nu= 0,021RePr(PrPr)E=

= 0,021125981,22(1,22/1,22) 1= 43,61;

 где Pr= 1,22 – число Прандтля воды по табл.П2 [2] при температуре воды t= 330 °C;

Pr= 1,22 – число Прандтля воды по табл.П2 [2] при температуре стенки t, которая в первом приближении принимается равной t= t= 330 °C;

Е= 1- поправка на длину трубы при l/d50.

9.  Коэффициент конвективной теплоотдачи к воде:

 =  = = 1319 ;

 где λ= 0,484 Вт/м- коэффициент теплопроводности воды при t= 330 °C.

10.  Линейный коэффициент теплоотдачи от газов к воде через 3-х слойную цилиндрическую стенку, определяется по формуле 4.2 [2]:

К== =

 = 1,042  Вт/м;

 где ,,- коэффициенты теплопроводности сажи, стали, накипи, Вт/м.

11.  Тепловой поток через один погонный метр трубы:

q= π  К(t- t) = 3,141,042(1100-330) = 2521 Вт/м.

12.  Температура наружной поверхности трубы:

 t= t-  = 1100 -  = 936 °C.

13.  Температура внутренней поверхности трубы:                                                        t= t+ = 330 +  = 368°C.

II Приближение

1.  Число Рейнольдса  для  газов остается без изменения: Re= 1421.

2.  Число Прандтля газов при температуре стенки  t= 936 °C:

Pr= 0,586, тогда уточненное число Нуссельта для газов:

Nu= 0,41RePr( Re/ Pr)= 0,41(0,57/0,586)= 26,35.

3.  Коэффициент конвективной теплоотдачи для газов:

 =  =  = 110,58 Вт/м.

4.  Лучистый тепловой поток:   =Cо×E'×Е×ψ5,67××0,2×0,95 13741 Вт/м.

5.  Лучистый коэффициент теплоотдачи:

α=  = = 83,79 Вт/м.

6.  Приведенный коэффициент теплоотдачи от газов:

α= α+ α= 110,58 + 83,79 = 194,37 Вт/м.

7.  Число Рейнольдса для воды остается без изменений: Re=12598>10, режим движения воды – турбулентный.

8.  Число Нуссельта для воды:

Nu=0,021RePr(PrPr)E= =0,021(1,22/5,9)= 29,41;

 где Pr= 5,9 взято при рассчитанной в пункте 13 [ I ]  t= 368 °C, по табл.П2 [2].

9.  Коэффициент конвективной теплоотдачи к воде: