Исследование термодинамических процессов и расчет теплообменного аппарата

 

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

 

Кафедра «Промышленная  теплоэнергетика»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ  ПРОЦЕССОВ 

И РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА

 

Курсовая работа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студ. гр. БМТ 10-02	р.т. Галиева
Руководитель, канд. техн. наук,доц.	С.Н. Костарева

 

 

Уфа 2012

Реферат

Курсовая  работа содержит пояснительную записку  на 44 листах формата А4, включающую 6 рисунков, 2 таблицы и 3 литературных источника.

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС, ГАЗОВАЯ СМЕСЬ, ТЕПЛОТА ПРОЦЕССА, РАБОТА, ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ, ПОКАЗАТЕЛЬ ПОЛИТРОПЫ, ТЕПЛООБМЕН, РЕКУПЕРАТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ, ТЕПЛОНОСИТЕЛЬ, ПРЯМОТОЧНОЕ И ПРОТИВОТОЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ.

В курсовой работе рассмотрены вопросы исследования и термодинамических процессов и расчета теплообменного аппарата. По результатам расчетов построены P-v и T-S диаграммы для заданных термодинамических процессов и получены конструктивные размеры теплообменного аппарата.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

 

	– теплоемкость политропная, ;
	– теплоемкость изохорная, ;
	– теплоемкость изобарная, ;
	– знак дифференциала;
	– энтальпия удельная, ;
	– показатель адиабаты;
	– работа удельная термодинамическая (закрытой системы), ;
	– работа удельная потенциальная (открытой системы), ;
	– показатель политропы;
	– давление, Па;
	– теплота удельная, ;
	– газовая постоянная, ;
	– энтропия удельная, ;
	– термодинамическая (абсолютная) температура, К;
	– температура, ºС;
	– внутренняя энергия  удельная, ;
	– объем удельный, ;
	– коэффициент распределения  энергии;
	– знак элементарной величины;
	– знак изменения конечной величины;
		– тепловая мощность, ;
		– внутренний диаметр кожуха аппарата, ;
	– число трубок в теплообменнике;
	– длина секции, ;
δнак	–толщина слоя накипи или отложений, ;
δс	– толщина стенки трубок, ;
λ	– коэффициент теплопроводности,
dн, dв	– соответственно наружный и внутренний диаметр трубок, ;
η	– коэффициент использования теплоты;
w	– скорость теплоносителя, ;
ρ	– плотность, ;
dэ	– эквивалентный диаметр, ;
ν	– коэффициент кинематической вязкости, ;
β	– коэффициент объемного расширения, 1/К;
α	– коэффициент теплоотдачи, ;
k0	– коэффициент, определяемый по величине числа Рейнольдса;
	– число Нуссельта;
	– число Рейнольдса;
	– число Грасгофа;
	– число Прандтля;
F	– поверхность теплообмена, ;
К	– коэффициент теплопередачи, ;
	– площадь поверхности трубок одной секции, ;
	– число секций теплообменника.

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение                                                                                                                   6

1  Термодинамические процессы с идеальными углеводородными смесями   7      

1.1 Исходные данные для термодинамических расчетов                            7

1.2 Определение параметров газовой  смеси одинаковых для всех  термодинамических процессов                                                                               8

1.3 Политропный процесс с показателем политропы                       9

1.4 Политропный процесс с показателем политропы                   11

1.5 Политропный процесс с показателем политропы                      15

1.6 Политропный процесс с показателем политропы                  17

1.7 Политропный процесс с показателем политропы                     21

1.8 Политропный процесс с показателем политропы                   25

Выводы                                                                                                           32

2 Расчет теплообменного  аппарата                                                                      33

2.1 Исходные данные                                                                                    33

2.2 Расчет коэффициента теплоотдачи                                                        34

2.3 Конструктивный тепловой  расчет теплообменного аппарата            37

2.4 Рекуперативный теплообменник с трубчатой поверхностью теплообмена (противоток)                                                                                        41

        Выводы                                                                                                           42

Заключение                                                                                                             43

Список использованных источников                                                                   44

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В термодинамике рассматриваются  обратимые процессы. Все реальные процессы необратимы, они протекают с конечной скоростью (при наличии трения и диффузии) и при значительной разности температур РТ и источников теплоты.

Термодинамическим процессом  называется изменение состояния  термодинамической системы, характеризующееся изменением ее параметров. В качестве термодинамических систем могут рассматриваться некоторые объемы газов.

В основных технологических  установках и устройствах нефтяной и газовой промышленности, наиболее часто встречающимися газами являются углеводородные или их смеси с компонентами воздуха и небольшим количеством примесей других газов. Это могут быть процессы в газгольдерах, пропан-бутановых хранилищах, сырьевых и товарных парков нефтеперерабатывающих заводов, нефтебаз, нефтеперекачивающих станций, а также в газораспределительных сетях газоснабжения населенных пунктов.

Целью термодинамического расчета является определение основных параметров газовой смеси в конечном состоянии

Теплообменным аппаратом (теплообменником) называется устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя или несколькими теплоносителями.

В рекуперативных теплообменниках  теплоносители непрерывно омывают разделяющую стенку (поверхность теплообмена) с двух сторон и обмениваются при этом теплотой. В рекуперативном трубчатом теплообменнике один из теплоносителей протекает внутри труб, а второй омывает их наружные поверхности.

Цель конструктивного  расчета состоит в определении  величины поверхности теплообмена по известному количеству передаваемой теплоты и температурам теплоносителей на входе и выходе аппарата.

1 ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ С ИДЕАЛЬНЫМИ УГЛЕВОДОРОДНЫМИ СМЕСЯМИ

1.1 Исходные данные для термодинамических расчетов

1 кг газовой смеси  в распределительной газовой  сети в зависимости от состава совершает термодинамические процессы от состояния 1 до состояния 2 с показателями .

Объем газовой смеси во всех процессах  изменяется в  раз.

Смесь обладает свойствами идеального газа.

Начальное (в состоянии 1) давление . Начальная температура .

Определить основные параметры  газовой смеси в состоянии 1 ( ) и состоянии 2 ( ), изменение внутренней энергии, энтальпии, энтропии смеси, работу, внешнюю теплоту процесса, коэффициент распределения энергии в процессах.

Состав газовой смеси по объему:

               

                   

                  

                     

                    

                       

Все расчеты были выполнены в соответствии с методическими указаниями [1].

 

1.2 Определение параметров  газовой смеси одинаковых для  всех термодинамических процессов

1.2.1 Определение кажущейся молекулярной массы смеси

1.2.2 Массовые доли смеси

1.2.3 Газовая постоянная смеси

1.2.4 Объем газовой смеси в начальном состоянии

1.2.5 Объем газовой смеси  в конечном состоянии

1.3 Политропный процесс с показателем политропы

1.3.1 Давление газовой смеси в конечном состоянии

1.3.2 Температура газовой  смеси в конечном состоянии

1.3.3 Средняя температура  процесса

                  

1.3.4 Средняя изобарная  теплоёмкость компонентов газовой  смеси

1.3.5 Средняя массовая изобарная теплоёмкость газовой смеси

1.3.6 Средняя массовая изохорная теплоёмкость газовой смеси

1.3.7 Термодинамическая  работа процесса

1.3.8 Потенциальная работа  процесса

                                

1.3.9 Изменение внутренней энергии

1.3.10 Изменение энтальпии

1.3.11 Изменение энтропии

1.3.12 Теплота процесса

1.3.13 Коэффициент распределения энергии

1.3.14 Проверка правильности расчетов

                           

       

 

1.4 Политропный процесс с показателем политропы

1.4.1 Давление газовой смеси в конечном состоянии

1.4.2 Температура газовой смеси в конечном состоянии

1.4.3 Средняя температура процесса

                  

1.4.4 Средняя изобарная теплоёмкость компонентов газовой смеси

1.4.5 Средняя массовая изобарная теплоёмкость газовой смеси

1.4.6 Средняя массовая изохорная теплоёмкость газовой смеси

1.4.7 Показатель адиабаты

1.4.8 Термодинамическая работа процесса

1.4.9 Потенциальная работа процесса

                                

1.4.10 Изменение внутренней энергии

1.4.11 Изменение энтальпии

1.4.12 Политропная теплоёмкость

1.4.13 Теплота процесса

1.4.14 Изменение энтропии

1.4.15 Коэффициент распределения энергии

1.4.16 Проверка правильности расчетов

      

1.5 Политропный процесс с показателем политропы

1.5.1 Давление газовой  смеси в конечном состоянии

1.5.2 Температура газовой  смеси в конечном состоянии

1.5.3 Средняя температура процесса

                  

1.5.4 Средняя изобарная  теплоёмкость компонентов газовой  смеси

 

1.5.5 Средняя массовая изобарная теплоёмкость газовой смеси

1.5.6 Средняя массовая изохорная теплоёмкость газовой смеси

1.5.7 Термодинамическая работа процесса

1.5.8 Потенциальная работа процесса

                                

1.5.9 Изменение внутренней энергии

 

1.5.10 Изменение энтальпии

1.5.11 Изменение энтропии

1.5.12 Теплота процесса

1.5.13 Коэффициент распределения энергии

1.5.14 Проверка правильности расчетов

       

                                                                                                                                     

1.6 Политропный процесс с показателем политропы

1.6.1 Давление газовой  смеси в конечном состоянии

1.6.2 Температура газовой  смеси в конечном состоянии

1.6.3 Средняя температура процесса

                  

1.6.4 Средняя изобарная  теплоёмкость компонентов газовой  смеси

1.6.5 Средняя массовая изобарная теплоёмкость газовой смеси

1.6.6 Средняя массовая изохорная теплоёмкость газовой смеси

1.6.7 Показатель адиабаты

1.6.8 Термодинамическая работа процесса

1.6.9 Потенциальная работа процесса

                                

1.6.10 Изменение внутренней энергии