Алгоритм розрахунку

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Херсонська державна морська академія

Факультет суднової енергетики

Кафедра експлуатації суднових енергетичних установок

Та загальноінженерної підготовки

Шифр № ______________

Реєстр № ______________

Методичні рекомендації до виконання розрахунково-графічної роботи з дисципліни

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА

підготовка бакалаврів

галузь знань:

0701 «Транспорт і транспортна інфраструктура»

напрям підготовки:

6.070104 «Морський та річковий транспорт»

професійне спрямування:

«Експлуатація суднових енергетичних установок»

курс: третій

форма навчання: денна / заочна

м. Херсон 2013 р.

Методичні рекомендації до виконання розрахунково-графічної роботи з дисципліни «Теплопередача» розробили у відповідності з робочою навчальною програмою викладачі кафедри експлуатації суднових енергетичних установок та загальноінженерної підготовки к.т.н. Проценко В.О. та к.т.н. Агєєв М.С.

Методичні рекомендації розглянуто та схвалено на засіданні кафедри експлуатації суднових енергетичних установок та загальноінженерної підготовки (ЕСЕУ та ЗП)

«_16_» __квітня__ 2013 р. протокол № 8

Завідувач кафедри ЕСЕУ та ЗП ______________ А.В. Букетов

Схвалено навчально-методичним відділом ХДМА

Завідувач навчально-методичного відділу ______________ В.В. Черненко

ВСТУП

Дані методичні рекомендації призначені для виконання студентами розрахунково-графічної роботи з дисципліни «Теплопередача» і можуть бути корисними при підготовці дипломного проекту. Вони містять алгоритм теплового та частково компоновкового розрахунку кожухотрубного водоводяного охолодника системи охолодження двигуна дизельної установки з перехресним током теплоносіїв. Алгоритм містить спрощені формули і фіксовані значення температур та відповідних їм критеріальних чисел подібності, коефіцієнтів теплопровідності, кінематичної в’язкості. Властивості прісної води наведені для середньої температури 75 °С, під забортною водою упорядники мали на увазі морську воду солоністю 30 ‰ при середній температурі 35 °С. В розрахункові формули закладені значні коефіцієнти запасу. З усіх цих причин, при виконанні уточнених розрахунків та проектуванні за цією методикою водомастильних охолодників слід користуватися даними відповідних джерел, наприклад [5-7].

Вихідні дані до виконання роботи: Заводська марка двигуна-прототипа та його позначення за ГОСТ 4393-82, номінальна ефективна потужність N_e, кВт та питома ефективна витрата палива g_e, г/кВт×год або годинна витрата палива двигуном G_год, кг/год. Марка двигуна-прототипа вибирається з таблиці 1 за двома останніми цифрами номеру залікової книжки, або задається викладачем, чи погоджується ним за пропозицією студента.

Таблиця 1 – Таблица двигунів-прототипов для виконання розрахунку

Продовження таблиці 1

** дві останні цифри номеру залікової книжки.

Алгоритм розрахунку

1. Визначити секундну ефективну витрату палива двигуном, кг/с:

.

(1)

2. Обчислити повне тепловиділення в двигуні, кВт:

,

(2)

де - нижча питома теплота згоряння палива.

Перевірити розмірність.

3. Розрахувати тепловий потік, що відводиться від двигуна в контур системи водяного охолодження, кВт:

,

(3)

де а – частка повного тепловиділення, що відводиться в систему водяного охолодження: а = 0,30…0,35 для МОД; а = 0,20…0,25 для СОД.

4. Обчислити потрібну подачу насоса контура забортної води, м³/год:

(4)

де – коефіцієнт запасу подачі насоса (задатися);

- густина забортної води;

- теплоємність забортної води;

- температура забортної води на виході з охолодника;

- температура забортної води на вході в охолодник.

Перевірити розмірність.

Вибрати насос типу НЦВ за каталогом [3], або на сайті http://www.1nasos.ru та виписати його основні параметри – подачу, напір та потужність. Вказати подачу насоса в м³/с, л/год, л/с.

5. Обчислити потрібну подачу насоса контура прісної води, м³/год:

(5)

де – коефіцієнт запасу подачі насоса (задатися);

- густина прісної води;

- теплоємність прісної води;

- температура прісної води на вході в охолодника;

- температура прісної води на виході з охолодника.

Перевірити розмірність.

Вибрати насос типу НЦВ за каталогом [3], або на сайті http://www.1nasos.ru та виписати його основні параметри – подачу, напір та потужність. Вказати подачу насоса в м³/с, л/год, л/с.

6. Задатися зовнішнім діаметром трубок d_зовн та товщиною їх стінки δ_тр з ряду:

d_зовн = 10; 12; 14; 16; 18; 20; 24; 25; 28; 30; 32 мм;

δ_тр = 2,0; 2,5; 3,0 мм.

Більші значення для більш потужних двигунів.

7. Обґрунтувати матеріал трубок і швидкості протікання прісної ω_пв та забортної води ω_зв, м/с [1, с. 217].

8. Розрахувати критерій Рейнольдса для прісної води і визначити режим її руху:

(6)

де - кінематична в’язкість прісної води при середній температурі .

Перевірити розмірність.

9. Розрахувати критерій Нуссельта для прісної води за спрощеною формулою М.А. Кічігіна та Г.М. Костенка:

(7)

де - критерій Прандтля прісної води при середній температурі .

10. Обчислити коефіцієнт тепловіддачі від прісної води до шахового пучка труб, Вт/ м²×К:

(8)

де - коефіцієнт теплопровідності прісної води при середній температурі .

Перевірити розмірність.

11. Розрахувати критерій Рейнольдса для забортної води і визначити режим її руху:

(9)

де - кінематична в’язкість забортної води при середній температурі ;

d_внутр = d_зовн - 2×δ_тр.

Перевірити розмірність.

12. Розрахувати критерій Нуссельта для забортної води за спрощеною формулою М.А. Міхєєва:

(10)

де - критерій Прандтля забортної води при середній температурі .

13. Обчислити коефіцієнт тепловіддачі від круглої труби до забортної води, Вт/ м²×К:

(11)

де - коефіцієнт теплопровідності забортної води при середній температурі .

Перевірити розмірність.

14. Розрахувати коефіцієнт теплопередачі від гарячої прісної води до холодної забортної води, Вт/ м²×К:

(12)

де - коефіцієнт забруднення (задатися);

- коефіцієнт теплопровідності матеріалу труб Вт/ м×К (задатися)

Латунь - 87…116;

Мідь - 348…384;

Мельхіор - 29…37;

Нерж. сталь - 18…35.

15. Обчислити середню різницю температур гріючої (прісної води) та охолоджуючої (забортної води) рідин, °С:

.

(13)

16. Розрахувати потрібну площу поверхні теплопередачі охолодника, м²:

.

(14)

Перевірити розмірність.

17. Задатися довжиною l труб в охолоднику з ряду 0,5…2,0 м (бажано кратною 0,5 м, або з нормального ряду лінійних розмірів за ГОСТ 6636-69
[2, с. 10]). Більші довжини для більш потужних двигунів.

18. Обчислити потрібну кількість труб для одноходового (z = 1) варіанту компоновки охолодника з умови забезпечення заданого режиму руху (ω_зв) забортної води, шт:

Замість підставляти подачу вибраного за каталогом насоса забортної води, м³/с.

.

(15)

Перевірити розмірність.

Прийняти ціле число труб з округленням в більшу сторону.

19. Розрахувати потрібну кількість ходів забортної води з умови забезпечення потрібної площі поверхні теплопередачі:

.

(16)

Перевірити розмірність.

Прийняти ціле число ходів. Кількість ходів повинна бути не більшою 4 (максимум 6) і обов’язково парною, щоб вхідний і вихідний патрубки розташовувались в одній кришці (див. рис. 1). Якщо ця умова не виконується треба змінити l і повторити розрахунок.

Рисунок 1 – Шестиходовий (z = 6) по забортній воді охолодник

20. Обчислити дійсну площу теплопередачі охолодника, м²:

.

(17)

Перевірити розмірність.

21. Розташування труб у трубних дошках виконати за сторонами правильних шестикутників (див. рис. 2) – по вершинах рівносторонніх трикутників. Визначити крок між осями труб, мм:

Рисунок 2 – Схема розташування труб у трубній дошці

.

(18)

Отримане значення s округлити до цілого числа з нормального ряду лінійних розмірів за ГОСТ 6636-69 [2, с. 9].

22. Обчислити внутрішній діаметр корпуса апарата, мм:

.

(19)

де - коефіцієнт заповнення трубної дошки трубами (задатися).

Отримане значення округлити в більшу сторону до числа з нормального ряду лінійних розмірів за ГОСТ 6636-69 [2, с. 10].

23. Виконати компоновку трубної дошки на міліметровому папері з основним написом за ГОСТ 2.104-2006 в масштабі 1:1, або 1:2. Спочатку на папері накреслити коло діаметром і виконувати розстановку труб із центру, витримуючи їх крок і розташування їхніх центрів по вершинах рівносторонніх трикутників. Всі труби викреслювати не треба – лише в секторі 90…120 градусів за вказівкою викладача. Проставити основні розміри – діаметри та кроки.

24. Запропонувати заходи щодо інтенсифікації теплообміну в розрахованому охолоднику конструкторськими та експлуатаційними методами. Зробити висновки.

25. Оформити розрахунково-пояснювальну записку зі списком використаних джерел куди підшити також компоновку трубної дошки на міліметровці.