Практическая работа по тепломассообмену для ТулГУ, пример оформления

Практическая работа № 3 по тепломассобмену Вариант №9   Задача 10 Определить необходимую поверхность нагрева парогенератора производительностью тонн пара в час при абсолютном давлении . Какой температурный напор необходимо обеспечить, чтобы увеличить производительность парогенератора в раз при той же поверхности нагрева? Определить критическое значение температурного напора и тепловой нагрузки для заданного давления . Параметры выбрать по таблице 10. Таблица 10 Последняя цифра шифра Предпоследняя цифра шифра 9 1,0 14 4 35 1,5 Решение Коэффициент теплоотдачи при пузырьковом режиме кипения воды в диапазоне давлений : (1) где — давление, ; «α=46,1∙» 〖»14″ 〗^»2,33″ «∙» 〖»10″ 〗^»0,5″ «=31167 » Удельная плотность теплового потока: (2) («31167» /(«3,15∙» 〖»10″ 〗^»0,5″ ))^»1,43″ «=99632 » Поверхность нагрева парогенератора находим из уравнения теплового баланса: (3) где — производительность пара, ; — теплота парообразования при давлении пара 1,0 МПа (справочные данные), ; — площадь поверхности, ; «F=» ( («35∙» 〖»10″ 〗^»3″ )/»3600″ «∙2015∙» 〖»10″ 〗^»3″ )/»99632″ «=197м²» Удельная плотность теплового потока при увеличении производительности парогенератора в 1,5 раз при той же поверхности нагрева: (4) «q=» ( («35∙» 〖»10″ 〗^»3″ )/»3600″ «∙1,5∙2015∙» 〖»10″ 〗^»3″ )/»197″ «=149165 » Коэффициент теплоотдачи: (5) «α=3,15∙» 〖»149165″ 〗^»0,7″ «∙» 〖»10″ 〗^»0,5″ «=41675 » Температурный напор находим из уравнения (1): (6) «Δt=» («41675» /(«4,61∙» 〖»10″ 〗^»0,5″ ))^»0,43″ «=30,6°С» Рисунок 1 – Изменение , , в зависимости от давления при кипении воды По графику (рис. 1) для заданного давления р=1,0 МПа находим критическое значение температурного напора «Δ» «t» _»кр1″ «=20°С» и тепловой нагрузки 25 . Ответ: 197 , 30,6 , 20 , 25 . Задача 11 Определить тепловой поток, теряемый за счет излучения стальной трубой диаметром 80 и длиной . Труба, температура которой , расположена в помещении на большом удалении от его стен. Степень черноты материала трубы , температура стен в помещении . Как изменится лучистая составляющая коэффициента теплоотдачи от поверхности трубы, если ее покрыть цилиндрическим кожухом (экраном) толщиной 20 , выполненным из тонких алюминиевых листов (степень черноты )? Найти температуру алюминиевого кожуха. Конвективным теплообменом при расчетах пренебречь. Параметры выбрать по таблице 11. Таблица 11 Последняя цифра шифра Предпоследняя цифра шифра 9 0,7 15 4 260 17 Решение Коэффициент лучистого теплообмена: (1) где — коэффициент излучения абсолютно черного тела; — температура трубы и температура стен в помещении, ; — приведенная степень черноты системы. Приведенный коэффициент теплового излучения системы двух тел определяется с помощью коэффициента теплового излучения первого и второго тел в зависимости от их взаимного расположения. Для случая, когда тело с площадью находится внутри другого тела с площадью поверхности , угловые коэффициенты , . С учетом формулы свойства взаимности угловых коэффициентов: (2) где , — средние угловые коэффициенты излучения первого и второго тел, формула для определения приведенного коэффициента теплового излучения принимает вид (3) При имеем , тогда и по формуле (1) находим «α» _»л» «=» «0,7∙5,67∙» ⌊(«273+260″ /»100″ )^»4» «-» («273+17″ /»100″ )^»4″ ⌋/»533-290» «=12 » Тепловой поток теряемый за счет излучения стальной трубой: (4) «Q» _»л» «=12∙» («260-17″ )»∙3,14∙0,080∙15=10987Вт» Приведенная степень черноты для системы трубопровод — экран: (5) где — площадь трубопровода и экрана, ; (6) (7) Подставляя выражения (6) и (7) в выражение (5), получаем (8) «ε» _»пр» «=» «1» /(«1″ /»0,7» «+» «0,080» /»0,080+2∙0,020″ («1″ /»0,055» «-1» ) ) «=0,078» Коэффициент лучистого теплообмена при наличии экрана определяем по формуле (1): «α» _»л» ^»э» «=» «0,078∙5,67∙» [(«533″ /»100″ )^»4» «-» («290″ /»100″ )^»4″ ]/»533-290» «=1,3 » Таким образом, при установке одного цилиндрического экрана лучистая составляющая коэффициента теплоотдачи от поверхности трубы уменьшается в «α» _»л» ⁄(«α» _»л» ^»э» ) «=» «12» ⁄»1,3″ «=9,2≈9» раз. Вследствие стационарности процесса потоки излучения, передаваемые от трубы к экрану и от экрана к стенам помещения, будут одинаковы. Следовательно, (9) откуда находим температуру алюминиевого кожуха (10) «t» _»э» «=100» √(«4″ &»0,5∙» [(«533″ /»100″ )^»4» «+» («290″ /»100″ )^»4» ] ) «-273=185°С» Ответ: «Q» _»л» «=10987 Вт» , при установке одного цилиндрического экрана лучистая составляющая коэффициента теплоотдачи от поверхности трубы уменьшается в 9 раз, 185 .   Задача 12 Определить удельный тепловой поток и коэффициент теплоотдачи излучения между двумя параллельно расположенными пластинами, с температурой и и степенью черноты и . Как изменится удельный тепловой поток, если между пластинами установить экран со степенью черноты . Параметры выбрать по таблице 12 Таблица 12 Последняя цифра шифра Предпоследняя цифра шифра 9 0,65 0,5 0,1 4 400 60 Решение а) Удельный тепловой поток излучением между двумя параллельно расположенными плоскими стенками: (1) где — коэффициент излучения абсолютно черного тела; — абсолютные температуры, ; » » «5,67∙» [(«273+400″ /»100″ )^»4» «-» («273+20″ /»100″ )^»4» ]/(«1″ /»0,65» «+» «1» /»0,5″ «-1» ) «=4308 » Коэффициент теплоотдачи излучения: (2) «α» _»л» «=» «4308» /»673-333″ «=12,7 » Удельный тепловой поток излучением между двумя параллельно расположенными плоскими стенками разделенными экраном: (3) где — число экранов; — степень черноты экрана; » » «5,67∙» [(«673″ /»100″ )^»4» «-» («333″ /»100″ )^»4» ]/(«1″ /»0,65» «+» «1» /»0,5″ «-1+1∙» («2″ /»0,1» «-1» ) ) «=508 » При установке между пластинами экрана удельный тепловой поток уменьшиться в «q» _»л1″ ⁄»q» _»л2″ «=» «4308» ⁄»508″ «=8,5» раза. Ответ: 4308 , 508 , при установке между пластинами экрана удельный тепловой поток уменьшиться в 8,5 раза. Задача 13 Определить, какое количество сухого насыщенного пара давлением конденсируется в стальном горизонтальном паропроводе диаметром , длиною , если он находится в кирпичном канале (0,7×0,7) , температура стенок которого ; степень черноты стали , кирпича . Параметры выбрать по таблице 13. Таблица 13 Последняя цифра шифра Предпоследняя цифра шифра 9 50 240 4 0,792 45 Решение По таблице свойств насыщенного водяного пара (по давлениям) при давлении 0,792 находим температуру насыщения пара 170 . Температуру стенки паропровода считаем равной температуре насыщения пара 170 . Площадь боковой поверхности трубы: (1) «F» _»1″ «=3,14∙0,240∙50=37,7» «м» ^»2″ Площадь боковой поверхности канала: (2) «F» _»2″ «=2∙» («0,7+0,7″ )»∙50=140,0» «м» ^»2″ Коэффициент лучистого теплообмена: (3) где — коэффициент излучения абсолютно черного тела; — абсолютные температуры, ; — приведенная степень черноты системы: (4) «ε» _»пр» «=» «1» /(«1″ /»0,8» «+» («1″ /»0,9» «-1″ )»∙» «37,7» /»140,0″ ) «=0,78» тогда «α» _»л» «=» «0,78∙5,67∙» [(«273+170″ /»100″ )^»4» «-» («273+45″ /»100″ )^»4″ ]/»443-318» «=10 » Теплофизические свойства воздуха при 45 (справочные данные): — коэффициент кинематической вязкости: 17,46 ; — коэффициент теплопроводности: 2,795 ; — число Прандтля: 0,6985. При 170 , 0,6815. Коэффициент объемного расширения воздуха: (5) «β» _»ж» «=» «1» /»45+273″ «=0,0031» «К» ^»-1″ Вычисляем значение комплекса: (6) » » («9,81∙0,0031∙» («170-45″ )»∙» 〖»0,240″ 〗^»3″ )/(«17,46∙» 〖»10″ 〗^»-6″ )^»2″ «0,6985=12∙» 〖»10″ 〗^»7″ Коэффициент теплоотдачи при свободной конвекции рассчитываем по критериальному уравнению: (7) 〖»Nu» 〗_»ж» «=0,5∙» («12∙» 〖»10″ 〗^»7″ )^»0,25″ «∙» («0,6985″ /»0,6815″ )^»0,25» «=52,7» Средний коэффициент теплоотдачи: (8) «α» _»к» «=» («52,7∙2,795∙» 〖»10″ 〗^»-2″ )/»0,240″ «=6,1 » Суммарный коэффициент теплоотдачи от стального паропровода к воздуху в канале: (9) «α=10+6,1=16,1 » Потери теплоты в паропроводе: (10) «Q=16,1∙37,7∙» («170-45″ )»=75871Вт» Количество конденсируемого пара: (11) где — скрытая теплота парообразования при давлении 0,792 , ; «D=» «3600∙75871» /(«2049,5∙» 〖»10″ 〗^»3″ ) «=133,3 » Ответ: 133,3 .   Задача 14 Выполнить тепловой расчет пароводяного кожухотрубного теплообменника, предназначенного для нагрева воды от температуры до . Вода движется внутри латунных трубок диаметром ; коэффициент теплопроводности латуни . Греющий теплоноситель – сухой насыщенный пар давлением движется в межтрубном пространстве. Скорость движения воды принять 1…2,5 . Параметры выбрать по таблице 14. Таблица 14 Последняя цифра шифра Предпоследняя цифра шифра 9 70 0,419 4 80 Решение Количество теплоты передаваемое в аппарате: (1) где 4,19 — удельная теплоемкость (при ) воды, («70∙» 〖»10″ 〗^»3″ )/»3600″ «∙4,19∙» («80-10″ )»=5703Вт» По таблице свойств насыщенного водяного пара (по давлениям) при р=0,419МПа, температура насыщения 145 и скрытая теплота парообразования 2129,2 . Расход пара на теплообменник: (2) «D=» «5703» /»2129,2″ «=2,678 » Средняя температура стенки трубы: (3) » =0,5∙» («145+» «10+80″ /»2″ )»=95°С» Средняя температура пленки конденсата: (4) » 0,5∙» («145+95″ )»=120°С» Принимаем высоту труб аппарата h=2 м и определяем коэффициент теплоотдачи при конденсации пара для вертикальной трубы: (5) По таблице физических свойств воды на линии насыщения при 120 находим: 943,1 , 0,686 , 0,252 , тогда «α» _»1″ «=1,15» √(«4» &(«943,1∙» 〖»0,686″ 〗^»3″ «∙2129,2∙» 〖»10″ 〗^»3″ «∙9,81» )/(«0,252∙» 〖»10″ 〗^»-6″ «∙2∙» («145-95» ) )) «=4584 » Средняя температура воды: (6) » 0,5∙» («10+80″ )»=45°С» По таблице физических свойств воды на линии насыщения при 45 находим: 990,2 , 0,634 , 0,6075 , 3,98. При 95 — 1,86. Принимаем 2,0 и определяем критерий Рейнольдса: (7) 〖»Re» 〗_»ж2″ «=» «2∙0,014» /(«0,6075∙» 〖»10″ 〗^»-6″ ) «=46091» Так как , то режим движения турбулентный Критерий Нуссельта: (8) где — коэффициент, учитывающий изменение среднего коэффициента теплоотдачи по длине трубы. При «l» ⁄»d» «=» «2000» ⁄»14″ «=143>50» , «ε» _»l» «=1″ ; 〖»Nu» 〗_»ж2″ «=0,021∙» 〖»46091″ 〗^»0,8″ «∙» 〖»3,98″ 〗^»0,43″ «∙» («3,98″ /»1,86″ )^»0,25» «=247,5» тогда коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубы (9) «α» _»2″ «=» «247,5∙0,6335″ /»0,014» «=11199 » Коэффициент теплопередачи: (10) где — толщина стенки трубы, ; (11) » 0,5∙» («0,017-0,014″ )»=0,0015м» тогда «k=» «1» /(«1″ /»4584» «+» «0,0015» /»85″ «+» «1» /»11199″ ) «=3076 » В промышленных условиях вследствие загрязнения поверхностей нагрева интенсивность теплообмена снижается, поэтому действительный коэффициент теплопередачи определяем по формуле: (12) «k» ^»д» «=0,8∙3076=2461 » Среднелогарифмический температурный напор: (13) » =» («145-10″ )»-» («145-80» )/(«ln» «145-10″ /»145-80» ) «=95,8°С» Площадь поверхности теплообменного аппарата находим из уравнения теплопередачи: (14) «F=» («5703∙» 〖»10″ 〗^»3″ )/»2461∙95,8″ «=24,2» «м» ^»2″ Число трубок в одном ходу: (15) «m’=» («4∙70∙» 〖»10″ 〗^»3″ )/(«3600∙990,2∙2,0∙3,14∙» 〖»0,014″ 〗^»2″ ) «=63,8» Принимаем m=64 и число ходов в аппарате Z=4, тогда общее количество труб в теплообменнике: (16) «n=64∙4=256» Действительная высота труб: (17) где — средний диаметр трубы, ; (18) «d» _»ср» «=0,5∙» («0,014+0,017″ )»=0,0155м» тогда «Н=» «24,2» /»3,14∙0,0155∙256″ «=1,942м» Невязка расчета: (19) «Δ=» |»2-1,942″ /»2″ |»∙100=3%» Диаметр трубной доски при расстоянии труб по вершинам равностороннего треугольника определяем из соотношения: (20) где — шаг между трубками, ; (21) «t=2∙0,017=0,034м» — коэффициент заполнения трубной доски для многоходовых аппаратов; ; » 1,13∙0,034″ √(«0,866∙256″ /»0,6» ) «=0,739м»   Задача 15 Определить поверхность охлаждения конденсатора паровой турбины мощностью с удельным расходом пара , если давление пара в конденсаторе , температура охлаждающей воды на входе равна , а на выходе – на ниже температуры насыщенного пара при давлении , кратность охлаждения ; коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к охлаждающей воде . Параметры выбрать по таблице 15. Таблица 15 Последняя цифра шифра Предпоследняя цифра шифра 9 20 5,1 5 4 42 4,1 Решение Расход пара турбиной: (1) «D=5,1∙20∙» 〖»10″ 〗^»3″ «=102000 » Расход охлаждающей воды: (2) «W=102000∙42=428,4∙» 〖»10″ 〗^»4″ » » Отводимая в конденсаторе теплота: (3) где — теплоемкость воды; — температура охлаждающей воды на выходе, ; 〖»t\»»〗_»2″ «=» 〖»t'» 〗_»2″ «+3=10+3=13″ тогда » 428,4∙» 〖»10″ 〗^»4″ «∙4,19∙» («13-10″ )»=53849880 » Температурный напор в конденсаторе: (4) где — температура насыщения пара при давлении 5 (справочные данные), ; «Δt=32,9-» «10+13″ /»2» «=21,4°С» Площадь поверхности охлаждения конденсатора паровой турбины: (5) «F=» «53849880» /»3600∙4,1∙21,4″ «=170,5» «м» ^»2″ Ответ: 170,5 .   Задача 16 В деаэратор конденсата ТЭЦ производительностью (деаэратор атмосферного типа, температура воды в баке ) поступает возвращенный конденсат (80%) с температурой . Определить расход пара из отбора, поступающего в деаэратор с энтальпией ; КПД деаэратора 0,99. Расход поступающей добавочной питательной воды на покрытие потерь производственного конденсата составляет , на компенсацию потерь конденсата на ТЭЦ — , на компенсацию потерь с продувочной водой — . Параметры для расчета выбрать по таблице 16. Таблица 16 Последняя цифра шифра Предпоследняя цифра шифра 9 352 4 72,4 Решение Уравнение теплового баланса деаэратора: (1) где — тепло деаэрированной воды, ; — тепло пара из отбора, ; — тепло производственного конденсата, ; — тепло компенсации потерь конденсата, ; — тепло продувочной воды, ; — тепло возвращенного конденсата, . Тепло деаэрированной воды: (2) где — изобарная теплоемкость воды при , ; «Q» _»д» «=» («352∙» 〖»10″ 〗^»3″ )/»3600″ «∙4,233∙102=42217,12кВт» Тепло возвращенного конденсата: (3) где — изобарная теплоемкость воды при , ; — расход возвращенного конденсата, ; (4) «G» _»к» «=4∙15,6=62,4 » Тогда «Q» _»к» «=» («62,4∙» 〖»10″ 〗^»3″ )/»3600″ «∙4,189∙70=5083кВт» Тепло производственного конденсата: (5) «Q» _»п.п» «=» («72,4∙» 〖»10″ 〗^»3″ )/»3600″ «∙4,189∙70=5897кВт» Тепло компенсации потерь конденсата: (6) «Q» _»п.к» «=» («15,6∙» 〖»10″ 〗^»3″ )/»3600″ «∙4,189∙70=1271кВт» Тепло продувочной воды: (7) «Q» _»прод» «=» («8,3∙» 〖»10″ 〗^»3″ )/»3600″ «∙4,189∙70=676кВт» Тепло пара из отбора: (8) Подставляя выражение (8) в выражение (1), получаем (9) откуда находим расход пара из отбора (10) » » «3,6∙» («42217″ /»0,99» «-5897-1271-676-5083″ )/»2700» «=39,6 » Ответ: 39,6 . Список использованной литературы 1 Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С., Теплопередача -М:,Энергия,1975. — 488 с. 2 Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи — М:,Энергия,1980. — 344 с. 3 Авчухов В.В. Задачник по процессам тепломассообмена / В.В. Авчухов., Б.Я. Паюсте. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 144 с. 4 Краснощеков Е.С. Задачник по теплопередаче / Е.С. Краснощеков., А.С. Сукомел. — М.: Энергоатомиздат, 1980. — 299 с.