Расчет теплообменника труба в трубе онлайн: Онлайн расчет теплообменника в калькуляторе

Расчет теплообменного аппарата «труба в трубе»

В работе выполнен тепловой расчет и расчет прочности узла теплообменника «труба в трубе». Определены значения температурных полей и механических напряжений в элементах конструкции теплообменника.

Теплообменник типа «труба в трубе», принцип работы которого основан на постоянном контакте теплоносителя с обрабатываемой жидкостью, используется в технологических системах для нагревания или охлаждения теплоносителя с небольшой поверхностью теплообмена на предприятиях газовой, нефтяной, нефтехимической и химической промышленности. Применяются теплообменники с такой конструкцией и в пищевой промышленности, например, в виноделии и при производстве молочных продуктов.

Конструкция теплообменника типа «труба в трубе» состоит из нескольких прямолинейных участков труб, расположенных друг над другом. Внутренние трубы с меньшим диаметром последовательно соединены друг с другом дугами в полуокружность (переходными каналами), которые крепятся фланцевым соединением.

Теплообменный аппарат проектируется на основании:

• Теплового расчета с определением площадей поверхности теплообменника;
• Конструктивного расчета основных геометрических параметров агрегата и его узлов;
• Гидравлического расчета, определяющего потерю напора.

Расчет теплообменника. Постановка задачи

Целью выполненной работы является выполнение теплового расчета и определение температурного состояния внутренней трубы теплообменного аппарата «труба в трубе», охладителя пирогаза; расчет прочности элементов внутренней трубы теплообменного аппарата, находящихся под действием внутреннего и внешнего давления, рабочих температур.

Состав и параметры смеси рабочей среды (пирогаза) представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1. Состав смеси пирогаза

Соединение	Массовая доля, %
Этилен	28-29
Пропилен	16-17
Этан	8-9
Пропан	2-3
Метан	20-22
Пар разбавления	26-20

 

Таблица 2. Параметры смеси пирогаза

Величина	Вход	Выход
Т, ºС	865	450
Pизб, МПа	0.11	0.09
ρ, [кг/м3]	0.572	1.003
μ, [кг/м•с]	3.367*10-5	2.049*10-5

 

В расчете в качестве допущения принимается линейное распределение температуры пирогаза по длине канала от 865^оС до 450^оС. Расчетное давление пирогаза P_изб=0.2 МПа.

Данные о характеристиках среды охлаждения: среда охлаждения – пароводяная эмульсия; давление среды = 130  кгс/см²; температура среды = 330^оС; коэффициент теплоотдачи = 14500 Вт/(м2 *град).

В качестве расчетной модели рассматривается внутренняя труба, на внутренней и внешней поверхности которой в качестве граничных условий задается конвективный теплообмен с окружающей средой заданной температуры, с  коэффициентами теплоотдачи, рассчитанными по аналитической методике.

Для расчетов температурного и напряженно-деформированнного состояния трубы со смесью пирогаза использована программная система конечно-элементного анализа ANSYS. Сетка построена с помощью линейных гексаэдральных конечных элементов, размеры которых по толщине, длине и окружности трубы подобраны для корректного описания искомых величин (температура, перемещения, напряжения). 

Тепловой расчет теплообменника

Граничные условия и нагрузки, необходимые для расчёта теплового состояния внутренней трубы охладителя:

1. На внутренней стенке трубы задается условие конвекции. Принимается линейное распределение температуры среды по длине трубы от 865ºС на входе до 450ºС на выходе. Принимается линейная зависимость коэффициента теплоотдачи от температуры.  Кроме того, просчитаны дополнительные варианты для постоянных значений коэффициента теплоотдачи 500 и 750  Вт/(м2 *К).
2. На внешней стенке трубы, граничащей с кипящей парогазовой эмульсией, задается условие конвекции. Температура среды и коэффициент теплоотдачи принимаются  постоянными в соответствии с исходными данными.
3. На внешней стенке трубы, граничащей с неподвижным воздухом, задается температура окружающего воздуха 40ºС и коэффициент теплоотдачи 3,7 Вт/(м2 *К).
4. По плоскостям симметрии задается адиабатическая стенка (нулевой тепловой поток).

Расчет напряженно-деформированного состояния узла теплообменника

Для расчета напряженно-деформированного состояния узла входа пирогаза создана модель, включающая части внутренней и внешней трубы.

В качестве нагрузки принимается поле температур, полученное в результате теплового расчета, а также давления пирогаза, охлаждающей эмульсии и атмосферы. Кинематические граничные условия не препятствуют деформированию модели, т.е не учитываются возможные усилия, вызванные монтажом и закреплениями, препятствующими деформации конструкции при нагреве.

Граничные условия и нагрузки необходимые для тепломеханического расчета входного узла:

1. На внутренней стенке внутренней трубы задается условие конвекции. Принимается линейное распределение температуры среды по длине трубы из расчета 865ºС на входе до 450ºС на выходе из охладителя. Принималась линейная зависимость коэффициента теплоотдачи от температуры в соответствии с таблицей 5. Давление на стенке задается равным 0.3 МПа в соответствии с исходными данными.
2. В межтрубном пространстве задается условие конвекции. Температура среды и коэффициент теплоотдачи принимаются  постоянными в соответствии с исходными данными. Давление на стенках 13 МПа.
3. На внешней стенке трубы, граничащей с неподвижным воздухом, задается температура окружающего воздуха 40ºС и коэффициент теплоотдачи 3,7 Вт/(м² *К) и давление 0.1 МПа.
4. По плоскостям симметрии задается адиабатическая стенка (нулевой тепловой поток) и равенство нулю нормальных перемещений.

Результаты расчета прочности деталей теплообменного аппарата (эквивалентные напряжения, определенные по теории наибольших касательных напряжений) представлены на рисунке.

Заключение

1. На основе предоставленных данных проведен расчет теплофизических свойств смеси пирогаза и коэффициентов теплоотдачи на внутренней и внешней поверхностях трубы, необходимые для постановки задачи расчета температурного и напряженного состояния конструкции.

2. В результате теплового расчета внутренней трубы теплообменного аппарата было получено распределение температур по ее стенке.  Максимальные значения  температуры в различных узлах приведены в таблице 6.

3. Расчет тепломеханического состояния входного узла показал, что уровень максимальных эквивалентных напряжений  в линейно-упругой постановке достигает  300-370 МПа, что значительно превышает допустимое значение 140 МПа. Это свидетельствует о возможном превышении предела текучести стали, необходимости проведения поверочного расчета в нелинейной (упруго-пластической) постановке и оценки циклической прочности конструкции.

4. В тепломеханическом расчете предполагалось, что условия закрепления теплообменника не препятствуют свободному деформированию материала труб под действием нагрева. Для учета возможного влияния закрепления необходимо моделирование всей геометрии теплообменника до ближайших жесткозакрепленных точек.

5. Оценка коэффициента теплоотдачи на внутренней стенке трубы с пирогазом проведена по  вычисленным значениям вязкости, теплоемкости, теплопроводности для принятого состава смеси пирогаза. Однако, эти свойства чувствительны  к составу смеси пирогаза, а, следовательно, при отклонениях в составе смеси от указанных в таблице 1 изменятся и значения коэффициента теплоотдачи.  Кроме того, при оценке коэффициента теплоотдачи не учтена локальная интенсификация теплообмена на поворотах потока и его зависимость от неравномерности  поля скорости.  Для более точного определения распределения коэффициента теплоотдачи по внутренней стенке трубы необходимо проведение детального моделирования течения пирогаза и теплообмена.

Расчет теплообменных аппаратов в COMSOL Multiphysics®

Продолжительность: 1:07:43

Вернуться в Видеогалерею

• Описание
• Субтитры

Теплообменные аппараты различных типов находят широкое применение во многих отраслях промышленности. При проектировании новых эффективных теплообменников очень важно иметь возможность детально смоделировать происходящие в них процессы, чтобы выявить и устранить проблемные участки.

В новом видео мы рассмотрим тепловой, гидродинамический и механический расчеты теплообменных аппаратов различных типов и на нескольких конкретных примерах разберем особенности построения таких расчетных моделей.

Примеры моделей теплообменников в нашей Библиотеке приложений:

• Кожухотрубчатый теплообменный аппарат
• Теплообменник с перекрёстным потоком
• Теплообменник пластинчатого типа
• Неизотермический MEMS теплообменный аппарат
• Теплообменник типа “труба в трубе”

Полезные вебинары:

• Введение в COMSOL Multiphysics^®
• Тепловой анализ в COMSOL Multiphysics^®

Если Вас заинтересовали описанные в видео задачи и Вам интересно более подробно ознакомиться с нашим ПО, просто свяжитесь с нами для получения информации о всех его возможностях и ценах.

Оглавление

Введение (0:00) Виды расчетов и используемые модули (5:14) Гидравлический расчет (7:44) Тепловой расчет (17:36) Механический расчет (23:53) ДЕМО: микроканальный теплообменник с перекрестным током (30:27) ДЕМО: кожухотрубный теплообменник (56:35) Заключение (1:06:07)

Калькулятор площади теплообменника для изготовления технологического оборудования

Калькулятор площади теплообменника используется для расчета площади поверхности теплообменника и №. расчет труб.

Калькулятор площади теплообменника очень полезен в производстве теплообменников или производстве технологического оборудования для расчета площади поверхности теплообменника и №. о трубы.

Термины, используемые в Калькуляторе площади теплообменника

Диаметр трубы

Диаметр трубы — это не что иное, как внешний диаметр труб при передаче тепла через внешнюю поверхность или внутренний диаметр труб при передаче тепла через внутреннюю поверхность. Вы можете использовать любые размерные единицы, такие как дюймы или мм, в соответствии с вашими предпочтениями. если вы используете дюймы в качестве единиц для ваших входных значений, пожалуйста, обратитесь к таблице десятичных дробей, чтобы ввести правильные входные значения.

Длина трубки

Длина трубки – это максимальная длина трубки, которая передает тепло по всей длине вдоль ее поверхности. Только длина контактирует с теплоносителем. если вы используете дюймы в качестве единиц для ваших входных значений, пожалуйста, обратитесь к таблице десятичных дробей, чтобы ввести правильные входные значения.

Кол-во трубок

Нет. труб теплообменника, которые используются для передачи тепла в этом теплообменнике. Если нет. Трубок увеличивается, увеличивается и площадь теплоотдачи. это может быть введено в н.у.к. в полях ввода.

Площадь поверхности

Площадь поверхности – это фактическая площадь теплопередачи в этом теплообменнике. он рассчитывается в м2, если вводимые размеры указаны в метрических единицах, или в дюймах2, если вводимые размеры указаны в дюймах.

Вариант «Типы», доступный в этом Калькуляторе площади теплообменника

В этом Калькуляторе площади теплообменника доступны следующие типы калькуляторов.

1. Калькулятор площади теплообменника
2. Калькулятор количества трубок

Как использовать калькулятор площади теплообменника

1. Сначала перейдите к калькулятору площади теплообменника и выберите тип калькулятора на панели выбора.
2. Выберите входные размеры Stanarad Units на панели выбора единиц измерения. если вы используете дюймы в качестве размеров, пожалуйста, обратитесь к примечанию ниже выбора ввода, чтобы ознакомиться с таблицей выбора десятичного коэффициента.
3. Введите все необходимые размеры в заданные поля ввода в соответствии с выбранной вами единицей измерения. Все размеры необходимо заполнить, прежде чем двигаться дальше.
4. после заполнения всех данных поля ввода нажмите кнопку расчета, чтобы сгенерировать вывод результатов для выбранных типов калькулятора теплообменников.
5. Если вы оставили какое-либо поле ввода пустым, оно покажет вам уведомление об ошибке, поэтому, если вы получаете это уведомление, проверьте все свои пустые поля и введите правильные данные для получения результатов.
6. Перейдите ниже, чтобы рассчитать кнопку, чтобы увидеть сгенерированные размеры выходных результатов.

, если вы хотите узнать о методе маркировки схемы изготовления соединений трубных отводов, нажмите здесь, чтобы загрузить нашу электронную книгу «Мастер разработки компоновки изготовления». В этой книге все как геометрические, так и численные методы изготовления компоновок всех типов соединений патрубков.

Зачем использовать этот калькулятор площади теплообменника

1. Вы можете сэкономить время на основных расчетах теплообменника.
2. Простой, быстрый и точный способ расчета.

Область применения Калькулятор площади теплообменника

Калькулятор теплообменника полезен для производства теплообменников, сосудов под давлением, производства технологического оборудования или любой аналогичной отрасли

Нажмите здесь, чтобы загрузить приложение для устройства Android.

Нажмите здесь, чтобы загрузить приложение для устройства Apple.

Если вы ищете различные другие полезные приложения для изготовления для вашей повседневной деятельности по изготовлению, нажмите здесь

Если вы хотите расширить свои знания, обучаясь у нас, вы можете присоединиться к нашим различным видеокурсам в области изготовления Нажмите здесь, чтобы узнать подробнее о наших курсах

Программное обеспечение для проектирования двухтрубных теплообменников

Проект двухтрубного теплообменника

Проект двухтрубного теплообменника (DHex) — это программный инструмент, предназначенный для демонстрации химических расчетов конструкции двухтрубного (шпилечного) теплообменника.

Программное обеспечение выполнит все тепловые расчеты, связанные с проектированием, и создаст сводку всех результатов.

Ниже приведен список некоторых функций:

Функции программного обеспечения для проектирования двухтрубного теплообменника (DHex):

Функции программного обеспечения

• Поддержка единиц СИ и английских (США) единиц измерения.
• Конвертер единиц включает 23 единицы измерения с преобразованием в 200 единиц.
• Возможность импорта свойств для горячих/холодных сторон из Microsoft Excel.
• Добавьте свою собственную корреляцию Нуссельта
• Сохранить/загрузить результаты
• Свойства воды и пара

Расчеты

• Возможность расчета неизвестных температур холодной или горячей стороны. Неизвестные температуры на выходе с обеих сторон или любые две температуры с обеих сторон
• Неизвестно Расход на горячей или холодной стороне
• Выполнение термического анализа двухтрубных (шпилечных) теплообменников с неизолированными трубами.
• Выполнение термического анализа ребристых теплообменников с двойной трубой (шпилькой).
• Выберите противоточное или прямоточное расположение
• Выберите последовательное или последовательно-параллельное расположение.
• Программное обеспечение также сообщит вам о расположении горячих/холодных жидкостей внутри теплообменника (внутренняя труба или внешняя труба).
• Выберите из различных корреляций для расчета коэффициента теплопередачи холодной/горячей стороны. Кроме того, возможность настроить число Нуссельта, если у вас есть другая корреляция.
• Расчет площади, площади потока, длины, логарифмической разности средних температур, количества шпилек, неизвестного расхода.
• Рассчитайте стойкость к окалине (коэффициент загрязнения), эквивалентный диаметр.
• Расчет внутренней трубы/внешней трубы (кольцевого пространства) со стороны чисел Рейнольдса, Нуссельта и Прандтля.
• Расчет режима работы, очистка и проектирование Расчет общего коэффициента теплопередачи
• Возможность определения режима работы, а также возможность определения коэффициента теплопередачи с любой стороны.
• Расчеты скоростей внутренней/внешней трубы (кольцевого пространства) и массовых скоростей
• Количество передаточных устройств и расчет коэффициента теплоемкости.
• Чистые и загрязненные ребра Расчет эффективности ребристых трубчатых теплообменников.
• Расчет перепада давления и потерь на входе и выходе.
• Расчет мощности насоса.
• График профиля температуры для горячей и холодной сторон. Это помогает также идентифицировать любое температурное пересечение.

Включенные базы данных

• Оценка физических свойств чистых компонентов для более чем 1450 жидкостей; база данных имеет возможность оценки теплопроводности, плотности, теплоемкости и вязкости. База данных также включала критические свойства, температуры кипения и плавления и представляла собой автономный интерфейс, но легко интегрировалась с программным обеспечением.
• Оценка свойств смеси. (ВСЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ ПОДДЕРЖИВАЮТ ТОЛЬКО ЖИДКОСТИ)
• Функции пользовательской базы данных, позволяющие пользователю добавлять/удалять жидкости, размеры труб и коэффициенты теплопередачи и загружать на горячую/холодную сторону (пустая база данных!).
• Факторы загрязнения

Результаты

• Экспорт сводки результатов в формат технических данных Microsoft Excel. Сохранить/загрузить результаты. Создание/печать сводки результатов
• Отображение нескольких случаев в таблице результатов
• Экспорт сводки результатов в файл формата .rtf, который можно открыть в Microsoft Word

Ограничения

• Работа с однофазной жидкостью, за исключением поддерживаемого пара.
• Однотрубные устройства, многотрубные устройства не поддерживаются.

Загрузить

Нажмите здесь, чтобы загрузить демо-версию этого программного обеспечения, мы не предлагаем полностью работающую демонстрационную версию, демо-версия этого программного обеспечения будет работать только с набором примеров, представленных в демоверсии.
Полная версия программы не имеет ограничений.

Обратите внимание: демо-версия не обязательно содержит последние обновления. Список последних обновлений полной версии см.