Методика расчета кожухотрубного теплообменного аппарата
Тепловой расчет Уравнение теплового баланса для теплообменного аппарата определяется по формуле 1.1:
где - количество теплоты в единицу времени, отданное греющим теплоносителем, - количество теплоты в единицу времени, воспринятое нагреваемым теплоносителем, - потери теплоты в окружающую среду. Так как по условию задания , то количество передаваемого тепла в единицу времени через поверхность нагрева аппарата, (Вт)определяется по формуле 1.2: ;
где и - средние удельные массовые теплоемкости греющего и нагреваемого теплоносителей, в интервале температур от до и от до соответственно. Температура нагреваемого теплоносителя на выходе из теплообменника определяется по формуле 1.3:
Средняя температура нагреваемого теплоносителя определяется по формуле 1.4:
Средняя температура греющего теплоносителя определяется по формуле 1.5:
В первом приближении температура стенки определяется по формуле 1.6:
Среднюю скорость движения теплоносителя в трубах рекомендуется предварительно принимать в пределах . Критерий Рейнольдса для потока греющего теплоносителя определяется по формуле 1.7:
В результате сравнения вычисленного значения с критическим числом устанавливаем, что режим течения жидкости турбулентный и выбираем критериальное уравнение для расчета числа Нуссельта. Интенсивность теплоотдачи в круглых трубках зависит от режима движения теплоносителя. При турбулентном режиме течения жидкости ( ) в круглых трубках и каналах число Нуссельта определяется по критериальной зависимости по формуле 1.8:
Определяющий размер – внутренний диаметр трубы, определяющая температура – средняя температура теплоносителя. Коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке трубы определяется по формуле 1.9:
В результате сравнения вычисленного значения с критическим числом выбираем критериальное уравнение, по которому подсчитываем число Нуссельта. При движении теплоносителя в межтрубном пространстве коэффициент теплоотдачи рассчитывается по уравнению 1.10: при
За определяющий геометрический размер принимают наружный диаметр теплообменных труб. Коэффициент теплопередачи от стенок трубного пучка к нагреваемому теплоносителю определяется по формуле 1.11:
Если , то коэффициент теплопередачи для плоской поверхности теплообмена с достаточной точностью определяется по формуле 1.12:
где - термические сопротивления слоев загрязнений с обеих сторон стенки, - толщина стенки, - коэффициент теплопроводности материала трубок. Вычислим среднелогарифмическую разность температур по формуле 1.13:
Из основного уравнения теплопередачи определяется необходимая поверхность теплообмена по формуле 1.14:
По рассчитанной площади и заданному диаметру труб выбирается стандартный теплообменный аппарат. Гидравлический расчет Полное гидравлическое сопротивление при движении жидкости в трубах теплообменного аппарата определяется выражением 1.15:
где - гидравлическое сопротивление трения. Гидравлическое сопротивление трения определяется по формуле 1.16: (1.16) где - коэффициент трения, - число ходов теплоносителя по трубному пространству Потери давления, обусловленные наличием местных сопротивлений определяются по формуле 1.17: (1.17) где - сумма коэффициентов местных сопротивлений трубного пространства определяется по формуле 1.18: (1.18) где и - коэффициенты сопротивлений входной и выходной камер. и - коэффициенты сопротивлений входа в трубы и выхода из них. - коэффициент сопротивления поворота между ходами. Целевая функция (З) представляет собой функцию затрат, включающую в себя капитальные затраты (Зкап) и эксплуатационные затраты (Зэкспл). Выразив все зависимости через переменные w и dвн, представленные в вышеописанной методике, следующую формулу: В итоге целевая функция для оптимизации теплообменного аппарата принимает следующий вид 1.19: (1.19) Метод Ньютона В основе метода Ньютона лежит квадратичная аппроксимация целевой функции. Последовательность итераций строится таким образом, чтобы во вновь получаемой точке градиент аппроксимирующей функции обращался в нуль. Последовательность приближений строится в соответствии с формулой , где — номер итерации ( , — начальное приближение, — вектор направления спуска. Здесь — матрица Гессе. Направление спуска ведет к убыванию целевой функции только при положительной определенности матрицы Гессе . В тех итерациях, в которыхматрица Гессе отрицательно определена ,последовательность приближений к точке минимума строится по методу наискорейшего градиентного спуска. С этой целью проводится замена вектора направления спуска на антиградиентное .
Популярное: Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (857)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |