Министерство образования Российской Федерации 
Санкт-Петербургский  государственный горный  институт им. Г.В. Плеханова 
(технический университет) 
 

 
 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ (РАБОТА) 

По дисциплине:________________________________________________________________ ^{(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)} 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Тема:______________________________________________________________________ 
 
 

Автор: студент  гр.:   _____________     ______________           /__________________/             

                       (шифр группы)               ^{(подпись)                  (Ф.И.О.)} 
 

ОЦЕНКА:_______________ 

Дата: ___________________ 

ПРОВЕРИЛ

Руководитель проекта:  ___________          _____________________  /_______________/                  

                               ^{(должность)                                          (подпись)                                               (Ф.И.О.)} 
 
 
 

Санкт-Петербург

2010

 

 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ (РАБОТА)

По дисциплине:________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

^{(наименование  учебной дисциплины  согласно учебному  плану)}

Задание

Студенту группы:   __ОНГ-07-1____  ____________________                /Ведерникова А.Ю./             

                          (шифр группы)                 ^{(подпись)                                (Ф.И.О.)}

1. Тема  проекта: Расчёт змеевика для нагрева воздуха.

2. Исходные данные  к проекту: Рассчитать и выбрать змеевик для нагрева воздуха с 20 до 90 °С при среднем абсолютном давлении 810 мм рт. ст.;

3. Содержание  пояснительной записки: Текст пояснительной записки должен включать: аннотацию на русском и английском языках, описание особенностей тепловой работы аппарата, расчет процесса теплообмена, чертеж агрегата, список использованной литературы.

5. Срок сдачи  законченного проекта: 31 декабря 2010 г.

Руководитель проекта:  ассистент       _____________________  /___Иванов П.В. /                                                 ^{(должность)                                        (подпись)                                            (Ф.И.О.)}

Дата  выдачи задания: 19 сентября 2010 г.

 

Аннотация

 

     В данной курсовой работе производится расчет змеевика, предназначенного для нагрева воздуха дымовым газом. Данные рекуперативные теплообменники применяются в различных отраслях промышленности, например, в химической, металлургической и др. Целью данного расчета является определение необходимой поверхности теплообмена и основных конструктивных характеристик аппарата.

     Объем курсовой работы –рисунков –2.

     The Summary

     In the given course work is settled an invoice of the economizer, intended for cooling water by cold air. The data thermoexchanger are applied in various industries, for example, in chemical, metallurgical etc. Purpose of the given account the definition of a necessary surface of heat exchange is and basic constructive characteristics.

     Volume of course work –figures - 1.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Оглавление 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

 

     Теплообменник, теплообменный аппарат, устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя или несколькими теплоносителями либо между теплоносителем и  поверхностью твердого тела. Процесс передачи теплоты от одного теплоносителя к другому – один из наиболее важных и часто используемых в технике процессов.

      В настоящее время теплообменная  аппаратура широко используется в самых  различных областях народного хозяйства. Она является одной из важнейших  составляющих технологического и прочего оборудования большинства предприятий, например, таких как металлургические и химические производства. Теплообменники повсеместно встречаются и в быту: радиаторы двигателей автомобилей и других транспортных средств, батареи парового отопления и т. д.

      Металлургическая  и химическая промышленность сегодня  немыслима без новых технологий, позволяющих использовать средства оборота ресурсов. Рациональное использование  избыточного тепла, выделяющегося  в результате каких-либо технологических  процессов, является далеко не единственной, но одной из важнейших причин создания теплообменников, которых в настоящее время насчитывается десятки видов. Они различаются и по конструкции, и по способам передачи тепла, и по назначению (хотя большинство теплообменников могут быть взаимозаменяемыми).

      Для обеспечения оптимальной работы теплообменной аппаратуры необходим  целый ряд инженерных или исследовательских  расчетов. Так, тепловой и гидравлический расчеты являются основными при  практическом использовании оборудования; конструктивный расчет производят при проектировании теплообменника; экономический (производимый и для любого другого оборудования) производят с целью подбора наиболее рациональных параметров аппарата с позиции оправданности его экономически выгодного использования в народном хозяйстве.

Краткие теоретические сведения

Требования, предъявляемые к  теплообменным аппаратам

 

1. Применение  конкретного типоразмера аппарата должно обеспечить передачу требуемого количества теплоты с получением конечных температур носителей.
2. Аппарат должен обладать определенной пропускной способностью для каждого из теплоносителей при заданном уровне гидравлических сопротивлений.
3. При заданной тепловой нагрузке и других равных исходных параметрах теплоносителей аппарат должен иметь наименьшие габаритные размеры и наименьшую металлоемкость, т.е. процесс теплообмена должен протекать наиболее интенсивно.
4. Аппарат должен обладать определенным запасом прочности, гарантирующим его безопасную эксплуатацию при механических нагрузках, возникающих от давлений теплоносителей, вследствие температурных деформаций различных частей теплообменника, вибрации и т.п.
5. Поверхности теплообмена и другие элементы  конструкции аппарата, омываемые теплоносителями, должны обладать достаточной стойкостью к химическому и эрозионному воздействию в течение заданных сроков эксплуатации.

 

     Конструкция теплообменного аппарата должна предусматривать  возможность удаления теплоносителей перед проведением осмотров, ремонта  и т.п.

  Змеевиковые теплообменники

Теплообменник это аппарат для передачи теплоты от среды с более высокой температурой к среде с более низкой температурой. Теплообменники делятся на рекуперативные, регенераторные и смесительные (градирни, скрубберы и т. д.)

     Конструкция змеевикового теплообменника показана на рис.1. Аппарат имеет корпус, в котором размещен змеевик или система змеевиков. Витки змеевика ориентированы по винтовой линии. При большой площади поверхности теплообмена змеевики по длине набирают из нескольких секций. Во избежание прогибов труб при большом числе витков и большом диаметре навивки каждый виток закрепляют болтами на стойках.

     К конструкции  змеевиковых теплообменников  предъявляются следующие требования:

• обеспечение максимальной степени утилизации тепла дымовых газов;
• достаточная стойкость против воздействия дымовых газов с высокой температурой;
• максимальная компактность, т.е. высокая удельная поверхность нагрева;
• наивысший суммарный коэффициент теплопередачи, что также способствует достижению компактности теплообменника;
• наименьшее гидравлическое сопротивление;
• достаточная герметичность.

 

 Методика расчета теплообменных аппаратов

 

      При проектировании теплообменников их тепловой расчет сводится к определению  необходимой поверхности теплообмена  F при известных расходах, начальной и конечной температурах теплоносителей.

      Для действующих теплообменных аппаратов  выполняют поверочные тепловые расчеты, в которых возможная производительность аппарата сопоставляется с фактической, и определяются условия, соответствующие  оптимальному режиму работы теплообменника. Ниже рассмотрена общая методика технологических расчетов при проектировании теплообменников.

      Скорости  теплоносителей в выбранном аппарате должны обеспечивать благоприятное  сочетание интенсивного переноса тепла  и умеренного расхода энергии  на перемещении теплоносителя. При этом желательно, чтобы теплообмен происходил в условиях турбулентного режима течения теплоносителей при развитом турбулентном движении (Re≥10⁴) или близком к нему.

  Основные положения теплового расчета

 

     При проектировании новых аппаратов целью теплового расчета является определение площади поверхности теплообмена, а если последняя известна, то целью расчета является определение конечных температур рабочих жидкостей. Основными расчетными уравнениями теплообмена при стационарном режиме являются уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса: уравнение теплопередачи:

     

     где Q—тепловой поток, Вт; к—средний коэффициент теплопередачи, Вт/(м²*град); F— площадь поверхности теплообмена в аппарате, м²; t₁ и t₂— соответственно температуры горячего и холодного теплоносителей; уравнение теплового баланса при условии отсутствия тепловых потерь и фазовых переходов:

     

     где и — массовые расходы теплоносителей, кг/с; с_р1 и с_р2— удельные теплоемкости жидкостей в интервале температур от ; — температуры жидкостей при входе в аппарат; — температуры жидкостей при выходе из аппарата.

     Произведение называют водяным (или условным) эквивалентом.

     С учетом последнего уравнение теплового  баланса может быть представлено в следующем виде:

     

     где W₂, W₁— условные эквиваленты горячей и холодной жидкостей. В тепловом аппарате температуры горячего и холодного теплоносителей изменяются обратно пропорционально их условным эквивалентам. Это соотношение сохраняется и для каждого элемента площади поверхности  аппарата:

     

     где dt₁ и dt₂— изменение температуры горячего и холодного теплоносителей на элементе площади поверхности аппарата.

     Соотношение между величинами условных эквивалентов горячего и холодного теплоносителей определяет наклон температурных кривых на графиках изменения температур. Например, если W₁ = 2W₂, то изменение температуры холодного теплоносителя будет вдвое больше изменения температуры горячего теплоносителя.

     При выводе основного уравнения теплопередачи принималось, что температуры горячего и холодного теплоносителей в теплообменном аппарате не изменяются. В действительности температуры рабочих жидкостей при прохождении через аппарат изменяются, причем на изменение температур большое влияние оказывают схема движения жидкостей и величины условных эквивалентов.