Тепловой, гидравлический и прочностных расчет горизонтального кожухотрубного испарителя

Міністерство освіти і науки України

Сумський державний університет

Інженерний факультет

Кафедра технічної  теплофізики

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

до випускної бакалаврської роботи на тему:

«Тепловий, гідравлічний та  міцностний розрахунок горизонтального кожухотрубного випаровувача»

Виконавець                                                               С.О. Підлісний

Группа                                                                      Х-41

Керівник роботи                                                       Є.М. Олада

Сумы 2008

Содержание

Ввод                                                                                                      3

1.Тепловой расчет                                                                               6

2.Гидромеханический расчет                                                           10

3.Прочностной расчет                                                                       12

3.1.Расчет обечайки                                                                     12

3.2.Расчет эллиптического днища                                               12

3.3.Определение типа конструкции кожуха теплообменного  

     аппарата                                                                                    13

3.4.Расчет фланцевого соединения крышки                               15

3.5.Расчет трубной решетки                                                         19

     Вывод                                                                                                   22

Список использованной литературы                                                23

Ввод

Испарители – теплообменные аппараты, в которых кипит холодильный агент, воспринимая теплоту от охлаждаемой среды. По виду охлаждаемой среды различают испарители: для охлаждения жидких хладоносителей – воды, рассола или других незамерзающих жидкостей, для охлаждения воздуха – камерные батареи непосредственного охлаждения (с естественной циркуляцией воздуха) и воздухоохладители непосредственного охлаждения (с принудительной циркуляцией воздуха).

По характеру заполнения холодильным агентом испарители разделяются на затопленные, в которых поддерживается определенный уровень жидкого холодильного агента, и не затопленные или сухие, в которых нет уровня жидкости (змеевиковые аппараты, заполняемые непосредственно от регулирующего вентиля).

Интенсивность теплопередачи в испарителях зависит от интенсивности теплоотдачи со стороны охлаждаемой среды (воздуха, рассола) и со стороны кипящего холодильного агента, а также от теплового сопротивления стенки аппарата.

Со стороны охлаждаемого воздуха или рассола теплоотдача зависит главным образом от скорости их движения. Скорость движения рассола в испарителях 1-2 м/с. Примерные значения коэффициентов теплоотдачи в испарителях: для рассола 600-1700 Вт/(м² К), для воздуха при свободном движении 6-12  Вт/(м² К), для воздуха при принудительном движении 14-40 Вт/(м² К).

Стенку испарителя изготовляют из теплопроводных материалов, но тепловое сопротивление стенки испарителя (как и конденсатора) значительно увеличивается в результате всевозможных отложений на поверхности. Со стороны холодильного агента поверхность может быть загрязнена маслом, со  стороны рассола – продуктами коррозии и отложениями самого рассола, со стороны воздуха на охлаждающей поверхности выпадает влага в виде воды, инея, льда. Для защиты от коррозии наружную поверхность аппарата

покрывают краской, суриком, антикоррозийным лаком. Многие виды покрытий и загрязнений, имея низких коэффициент теплопроводимости увеличивают тепловое сопротивление стенки и снижают интенсивность теплопередачи аппарата.    

          Фреоновые кожухотрубные испарители, отечественные заводы выпускают их в виде отдельный аппаратов и (преимущественно) в составе комплексных испарительно-регулирующих агрегатов. Изготавливают 11 моделей испарителей с поверхностью от 11 до 1880 м². В этих испарителях применены медные трубы с накатными ребрами с отношением поверхностей  Пучок труб ромбический с шагом по горизонтали 27 мм и по вертикали 23,4 мм.

          Для фреона-22 в условиях кондиционирования воздуха может оказаться целесообразным применение гладких стальных труб, так как коэффициент теплоотдачи фреона-22 на 20-30% выше, чем фреона-12.

          Из-за более высокой стоимости медных накатанных труб в сравнении с гладкими стальными при проектировании фреоновых испарителей необходимо выбирать перепады температуры т.е. большие, чем в аммиачных испарителях.

          Уровень заполнения межтрубного пространства жидкостью в испарителях фреоновых поршневых холодильных машинах ниже, чем в аммиачных, так как при кипении фреона происходит вспенивание жидкости из-за наличия в ней растворенного масла. Величина оптимального уровня зависит от тепловой нагрузки или средней разности температур в аппарате (при  высота уровня около 0,6 диаметра кожуха). В отдельных конструкциях предусмотрен отвод из испарителя влажного пара, жидкая фаза которого содержит некоторое количество масла.

          Удельная теплосъемы для фреоновых испарителей с медными накатанными трубами, отнесенные к внутренней поверхности, при  и скорости движения рассола  составляют , при   и   значительно , при   .

Для слива конденсата аппарат устанавливается  в агрегате с небольшим наклоном (1:30). Трубы аппарата медные, оребренные снаружи методом накатки. Концы труб развальцованы в решетках, приваренных к корпусу. Трубки верхнего ряда предназначены для отделения воздуха.

1. Тепловой расчет

Холодопроизводительность ,температура кипения холодильного агента в испарителе  Тогда температура воды на выходе из испарителя , температура воды на входе в испаритель .

Среднелогарифмическая разность температур:

При  принимаем температуру замерзания воды:

В качестве теплоносителя принимаем воду  

Свойства воды при его средней температуре  в [4] ст.78

плотность ,

удельная теплоемкость ,

коэффициенты:

теплопроводности ,

кинематической вязкости ,

число Прандтля .

Принимаем основные размеры, характеризующие теплопередающую поверх- ность испарителя: трубы стальные цельнотянутые гладкие, внутренний диаметр , наружный диаметр  литература [2], ст.331.

Предварительно задаем скорость воды в трубах испарителя  литература [1], ст.273.

Число труб в одном ходе:

.

Принимаем  и уточняем скорость воды:

Число Рейнольдса:

 - турбулентный режим.

Число Нуссельта:

где - поправочный коэффициент.

Коэффициенты теплоотдачи со стороны воды:

Определяем тепловые потоки в аппарате  со стороны воды:

где  - принятое термическое сопротивление стенки и загрязнений в [2], ст. 331.

Плотность теплового потока со стороны рабочего вещества, отнесенного к внутренней поверхности:

-коэффициент, учитывающий влияние числа ряда труб по высоте пучка;

-коэффициент оребрения;

Плотность теплового потока в аппарате определяется графическим решением системы уравнений:

Строим графики зависимостей тепловых потоков  и  от температуры стенки Т_ст.

Рис.1. Графики зависимостей тепловых потоков  и  от температуры стенки Т_ст.

Из графика определяем: .

Внутренняя поверхность теплообмена:

Шаг труб:

Внутренний диаметр аппарата:

Длина аппарата:

 принимаем 

 - число ходов.

Общее количество труб в пучке: