Теплофизические свойства теплоносителей. Мощность теплообменного аппарата. Средняя разность температур между теплоносителями

Оглавление

Введение. 3

1.Теплофизические свойства теплоносителей. 6

2.Мощность теплообменного аппарата. 7

3.Средняя разность температур между теплоносителями θ_m 7

4.Предварительно определяем водяной эквивалент поверхности нагрева (kF, кВт) и размеров аппарата (k- по оценке). 8

5.Конструктивные характеристики теплообменного аппарата. 8

6.Средний коэффициент теплоотдачи при пленочной конденсации  пара на горизонтальных трубах. 9

7.   Определение коэффициента теплоотдачи α₂ . 9

8.   Дополнительные тепловые сопротивления. 10

9. Коэффициент теплопередачи К и водяной эквивалент поверхности нагрева кF 11

10. Мощность теплообменного аппарата по данным проверочного расчета (расчет 2 рода); конечные температуры потоков(t₂, τ₂, °C) . 11

11. Гидравлический расчет теплообменного аппарата 12

12. Графическая часть. 14

Список литературы. 15

Введение

Теплообменным аппаратом называется устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя теплоносителями. Существует большое число самых различных типов конструкций теплообменных аппаратов с различными поверхностями теплообмена.

Кожухотрубные теплообменные аппараты появились в начале XX века, в настоящее время являются самым распространенным типом теплообменников, используемых в нефтяной и газовой промышленности. Кожухотрубные теплообменники составляют до 80% от всей теплообменной аппаратуры. Это обусловлено, прежде всего, надежностью конструкции и большим набором вариантов исполнения для различных условий эксплуатации:

-однофазные потоки, кипение и конденсация;

-вертикальное и горизонтальное исполнение;

-диапазон давлений от вакуума до 8.0 МПа;

-площади поверхности теплообмена от малых  до предельно больших (1000 и более);

-возможность применения различных материалов в соответствии с требованиями к стоимости аппаратов, агрессивностью, температурными режимами и давлением теплоносителей;

-возможность извлечения пучка труб для очистки и ремонта.

В нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности наиболее широко применяются рекуперативные теплообменные аппараты, в которых горячий и холодный теплоноситель протекают одновременно с разных сторон разделяющей их стенки. К ним относятся паровые котлы, трубчатые печи, воздухо- и водоподогреватели, конденсаторы, ядерные реакторы, испарители и другие теплообменные аппараты.

В инженерной практике при выборе теплообменного аппарата необходимо провести конструктивный и проверочный тепловые расчеты,  а также гидравлический расчет теплообменных аппаратов.

Конструктивный тепловой расчет проводится для того, чтобы выбрать теплообменный аппарат при их серийном производстве на заводах или спроектировать новый аппарат. В результате конструктивного расчета выбирается тип аппарата, его конструкция, схема течения теплоносителей, материал для изготовления отдельных элементов и определяется размер и масса теплообменного аппарата.

Проверочный тепловой расчет проводится с целью определить мощность теплообменного аппарата и конечные температуры теплоносителей, омывающих поверхность нагрева теплообменного аппарата, конструкция и площадь поверхности нагрева которого известны. Проверочный расчет обычно выполняется тогда, когда необходимо выяснить возможность использования уже установленного или проектируемого теплообменного аппарата в условиях, отличных от расчетных.

Гидравлический расчет теплообменного аппарата необходим для определения перепадов давлений теплоносителей и мощностей насосов и компрессоров, перекачивающих теплоносители. Скорости течения теплоносителей при этом выбираются такими, чтобы перепады давлений не превышали допустимых значений, указанных в проектном задании.

При проведении теплового и гидравлического расчетов важно знать, чем обусловлено введение важнейших понятий, и какие гипотезы используются в теплопередаче и гидродинамике.

В феноменологической термодинамике для описания плотного газа, жидкости или твердого тела, состоящих из большого числа молекул в малом объеме, применяется гипотеза сплошной среды. Эта среда непрерывно заполняет пространство, обладает свойством инерции и наделена теплофизическими свойствами.

Обладая свойством инерции, сплошная среда характеризуется массой, а средняя плотность среды имеет свой предел при стремлении объема к нулю.

Первое начало термодинамики, применяемое для равновесной системы, используется для математического описания процессов теплообмена, относящихся к неравновесной термодинамике. Основанием для этого служит гипотеза локального равновесия. По этой гипотезе бесконечно малый объем сплошной среды имеет такое малое время установления термодинамического равновесия (релаксации), что его можно рассматривать как равновесную систему.

Условия однозначности, определяющие единым образом конкретную задачу теплообмена или гидравлического сопротивления, даны в проектном задании. Однако для вязкой жидкости есть общие условия на границе твердой стенки и жидкости. На основе гипотезы гидродинамики о прилипании жидкости к стенке скорость и температура жидкости у стенки принимаются равными скорости и температуре стенки.