Дипломный проект - Технологический расчет криогенной воздухоразделительной установки А-8-1М

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата







































100

B

21

D

arccos2

c

ctl

s

ctl







































100

15

21

484,0

5,0

arccos2

ctl



ctl

= 87,37 град.

9.2.2.1.3. Расчет проходного сечения потока в окне перегородки

9.2.2.1.3.1. Расчет площади свободного сегмента, S

wg

 

























2

sin

360

D

4

S

dsds

2

swg

 



















2

15,191sin

360

15,91

5,0

4

2

wg

S

wg

= 0,01847 м

2

.

9.2.2.1.3.2. Расчет доли труб в окне перегородок, F

w













2

sin

360

F

ctlctl

w







2

37,87sin

360

37,87

w

F

w

= 0,08371.

9.2.2.1.3.3. Расчет доли труб, обтекаемых поперечным потоком в сечении

пучка между кромками перегородок, F

c

wc

F21F 

08371,021 

c

F

c

= 0,8326.

9.2.2.1.3.4. Расчет части площади окна перегородки, занятой трубами, S

wt















2

4

Н

Тw

T

Р

wt

dFnS



013,0

4

08371,096

2

















wt

S

wt

= 0,001067 м

2

.

171

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата

9.2.2.1.3.5. Расчет числа труб в окне перегородки, N

tw

w

T

Р

tw

FnN 

08371,096 

tw

N

tw

= 8,0362.

9.2.2.1.3.6. Расчет площади проходного сечения потока через окно

перегородки, S

w

wtwgw

SSS 

001067,001847,0 

w

S

w

= 0,017402 м

2

.

9.2.2.1.4. Расчет эффективного числа рядов труб, омываемых поперечным

потоком

9.2.2.1.4.1. Расчет эффективного числа рядов труб, омываемых поперечным

потоком, N

tcc



























100

B

21

L

D

N

c

pp

s

tcc



























100

15

21

038,0

5,0

tcc

N

tcc

= 9,1854.

9.2.2.1.4.2. Расчет эффективного число рядов труб, омываемых поперечным

потоком в окне перегородки, N

tcw





























2

DD

100

B

D

L

8,0

N

ctlsc

s

pp

tcw





























2

484,05,0

100

15

5,0

038,0

8,0

tcw

N

tcw

= 1,4067.

172

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата

9.2.2.1.5. Расчет числа перегородок, N

b

1

L

N

bc

ti

b



где

L

ti

= 0,958 м – сумма шагов размещения перегородок,

1

190,0

95,0



b

N

b

= 4,04210.

9.2.2.1.6. Расчет параметров байпасного потока между пучком труб и

кожухом

9.2.2.1.6.1. Расчет площади проходного сечения байпасного потока между

пучком труб и внутренней поверхностью кожуха на длине, равной

расстоянию между перегородками, S

b

 

 

plotlsbcb

LDDLS 

,

где

L

pl

– величина для учета байпасного потока через проходы между трубами в

пучках, где

ppl

L

2

1

L 

,

где

L

p

– действительная ширина прохода между трубами , которая для треугольной

разбивки труб принимается

Т

Нp

dL 

013,0

2

1



pl

L

pl

= 0,0065 м.

 

 

0065,0497,05,0190,0 

b

S

b

= 0,001805 м

2

.

9.2.2.1.6.2. Расчет отношения площади проходного сечения байпасного

потока к общей площади проходного сечения, F

sb p

m

b

p sb

S

F 

173

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата

03819,0

001805,0



psb

F

sb p

= 0,047264.

9.2.2.1.7. Расчет площади проходного сечения протечек между кожухом и пе-

регородкой, S

sb

360

2

L

DS

dssb

ssb







360

15,91360

2

0015,0

5,0







sb

S

sb

= 0,000879823 м

2

.

9.2.2.1.8. Расчет проходного сечения протечек газа между отверстиями в

перегородках и трубами

9.2.2.1.8.1. Расчет площади проходного сечения протечек газа между

отверстиями в перегородках и трубами, S

tb

 





























wТ

2

Т

Н

2

tb

Т

Нtb

F1ndLd

4

S



 

 

 

08371,0196013,00005,0013,0

4

2



















tb

S

tb

= 0,0009154 м

2

.

9.2.2.1.9. Расчет поправочного коэффициента J

c

J

c

– поправочный коэффициент, используемый для учета влияния потока через

окна перегородок на параметр теплоотдачи J, который рассчитывается по

поперечному потоку

cc

F72,055,0J 

83258,072,055,0 

c

J

c

= 1,15.

9.2.2.1.10. Расчет поправочного коэффициента J

l

174

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата

J

l

– поправочный коэффициент, используемый для учета влияния протечек через

перегородку на теплоотдачу, для расчета которого существуют определяющие

параметры

m

tbsb

lm

S

SS

r





03819,0

0009154,00008798,0 



lm

r

lm

= 0,047;

tbsb

sb

s

SS

S

r





0009154,00008798,0

0008798,0





s

r

s

= 0,49;

   

 

 

lmssl

r2,2expr144,01r144,0J 

,

где

 

 

8,0r115,0p

s



 

 

8,049,0115,0 p

р = 0,576486;

   

 

 

047,02,2exp49,0144,0149,0144,0 

l

J

l

= 0,9237942.

9.2.2.1.11. Расчет поправочного коэффициента J

b

J

b

– поправочный коэффициент, используемый для учета байпасных потоков, для

расчета которого существует поправочный параметр

tcc

ss

N

r 

1854,9

0



ss

r

ss

= 0;

 

 

3

ssp sbbhb

r21FCexpJ 

,

175

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата

где

c

bh

= 1,35 при Re  100;

c

bh

= 1,25 при Re  100;

 

 

3

0210472637,025,1exp 

b

J

b

= 0,942631731.

9.2.2.1.12. Расчет поправочного коэффициента J

s

J

s

– поправочный коэффициент, используемый для учета влияния на теплоотдачу

шага размещения перегородок на выходных (входных) участках

 

   

*

0

*

1b

n1

*

0

n1

*

1b

s

LL1N

J







,

где

bc

bo

*

0

L

L 

190,0

*

0

L

;1

*

0

L

bc

bi

*

1

L

L 

190,0

*

1

L



*

1

L

1;

n = 0,333 при Re  100;

n = 0,6 при Re  100;

 

   

 

1110421,4

6,016,01







s

J

s

= 1.

176

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата

9.2.2.2. Расчет коэффициента теплоотдачи

9.2.2.2.1. Расчет коэффициента теплоотдачи на идеальных пучках труб

9.2.2.2.1.1. Расчет среднеарифметической температуры потока, по которой

рассчитываются теплофизические свойства межтрубного потока

2

ТТ

Т

ВЫХ

Ф

ВХ

Ф

СР

Ф





2

623283 



СР

Ф

Т

. К453 

СР

Ф

Т

9.2.2.2.1.2. Теплофизические свойства потока при Т

Ф

СР

и Р = 0,12 МПа

С

р

= 1050 - изобарная теплоемкость отбросной фракции, Дж/(кг·К);



Ф

= 2413 * 10

-8

- динамическая вязкость отбросной фракции, Н·с/м

2

;



Ф

= 349 * 10

-4

- теплопроводность отбросной фракции, Вт/(м·К);



Ф

= 0,9 - плотность отбросной фракции, кг/м

3

.

9.2.2.2.1.3. Расчет массовой скорости потока, кг/(м

2

*с)

m

s

S

M

m 

03819,0

3361345,0



s

m

s

= 8,80164.

9.2.2.2.1.4. Расчет числа Рейнольдса потока

Ф

Н

Тs

e

dm

R







00002413,0

013,008164,8 



e

R

Re = 4741,87.

9.2.2.2.1.5. Расчет числа Прандтля потока

177

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата

Ф

Фp

r

c

p









0349,0

00002413,01050 



r

p

Pr = 0,726.

9.2.2.2.1.6. Расчет коэффициента теплоотдачи для идеального пучка труб

   

i

r

s

3/2

rspi

jФPmc 





,

где

Ф

s

– температурный фактор , определяемый как отношение вязкости при темпера-

туре потока к вязкости при температуре на поверхности теплообмена.

Для газов :

(Ф

s

)

r

= 1 – при охлаждении ;

(Ф

s

)

r

=

2,0

тр

ср

273Т















- при нагреве ;

(Ф

s

)

r

=

2,0

480

453













(Ф

s

)

r

= 0,988488;

2

а

a

Н

Т

tp

1i

Re

d

L

33,1

aj 















,

где

4

a

3

Re14,01

a





а

1

= 0,321, а

2

= - 0,388, а

3

= 1,450, а

4

= 0,519 – поправочные коэффициенты ,

справедливые для чисел Рейнольдса, лежащих в диапазоне от 1 000 до 10 000;

519,0

87,474114,01

45,1



a

а = 0,11767;

388,0

080207,0

87,4741

013,0

038,0

33,1

321,0



















i

j

i

= 0,0011693;

 

0011693,0988488,0725974,03361345,01050

3/2





i



i

= 132,3 Вт/(м

2

*К).

178

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата

9.2.2.2.1.7. Расчет среднего коэффициента теплоотдачи к потоку отбросной

фракции

totiФ

J



,

где

sbictot

JJJJJ 

1942631,09237942,0149457,1 

tot

J

tot

= 1;

13,132 

Ф



Ф

= 123,3 Вт/(м

2

*К).

9.2.2.2.1.8. Определение суммарной поверхности теплообмена

В процессе теплообмена принимают участие как поверхности рабочей части всех

ТЭНов, так и обе поверхности каждой из сегментных перегородок и поверхность

нижнего днища. Суммарная поверхность теплообмена равна сумме поверхностей

всех ТЭНов плюс сумма 8–ми поверхностей сегментных перегородок плюс

поверхность одного днища.

Поверхность сегментной перегородки

ПЕР

СЕГ

S

= 0,177881.

Поверхность днища

ДН

S

= 0,19635.

Длина рабочей части ТЭНа l

ТРЧ

= 0,95 м.

Суммарная поверхность ТЭНов

Т

S

будет равна:

ТРЧТ

Т

lndS 



95,096013,0 



Т

S



Т

S

3,72 м

2

.

Суммарная поверхность теплообмена

ТО

S

будет равна:

ДНПЕР

СЕГТТО

SSSS  8

19635,0177881,0872,3 

ТО

S



ТО

S

5,34 м

2

.

9.2.2.2.1.9. Определение средней температуры поверхности ТЭНов

Поверхность теплообмена вычисляется по формуле:

179

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата

T

N

S

Ф

T

ТО









,

где



T

N

120000 Вт – суммарная мощность ТЭНов;



Ф

= 132,3 Вт/(м

2

·К) – средний коэффициент теплоотдачи к потоку отбросной

фракции;

Т

разность температур между средней температурой ТЭНов

СР

Т

и средней

температурой отбросной фракции

СР

Ф

Т

, К;

СР

Ф

СР

Т

ТТТ 

,

где

- К169,64 

СР

Ф

Т

средняя температура отбросной фракции.

Находим среднюю температуру поверхности ТЭНов по формуле

34,53,132

120000

453





СР

Т



СР

Т

622,64 К – средняя температура поверхности ТЭНов.

9.2.2.2.1.10. Определение начального электрического сопротивления R

0

каждого ТЭНа

Для определения электрического сопротивления ТЭНа R

СР

при средней

температуре его поверхности находим силу тока J исходя из условий:

N = 2500 Вт – мощность каждого ТЭНа;

U = 380 В – напряжение;

U

N

J 

380

2500

J

J = 6,58 А – сила тока.

Электрическое сопротивление ТЭНа R

СР

при средней температуре его

поверхности находим по формуле:

2

СР

J

N

R 

2

58,6

2500



СР

R



СР

R

57,74 Ом – электрическое сопротивление каждого ТЭНа при средней темпе-

ратуре его поверхности.

180

Дипломный проект - Технологический расчет криогенной воздухоразделительной установки А-8-1М

Подождите немного. Документ загружается.