Teplotní namáhání výměníku tepla typu trubka v trubce

Abstract

Tato práce se zabývá tepelně-hydraulickým a následně pevnostním výpočtem výměníku tepla typu trubka v trubce. V rámci tepelného výpočtu byl určen tepelný výkon a teplotní pole médií a stěn výměníku. Výpočet byl proveden pro protiproudé a souproudé uspořádání výměníku v zanešeném a čistém stavu. Pro tyto případy byla následně určena napětí vyvolaná tepelnou roztažností pláště a trubek, tlakem tekutin a vlastní tíhou výměníku. Pro účely pevnostního výpočtu byl výměník modelován jako soustava momentových skořepin, které jsou vetknuty mezi zdmi umožňujícími axiální posuv. Napětí byla vyhodnocena podle normy ČSN EN 13445-3. V porovnání s ostatními uvažovanými případy, nejvíce namáhaný je čistý výměník v protiproudém uspořádání. Zároveň však má čistý výměník v protiproudém uspořádání nejvýhodnější poměr mezi tepelným výkonem a napětím. Pro uvažované případy byly také určeny maximální přípustné provozní podmínky.

This thesis deals with thermal-hydraulic and subsequently mechanical calculation of a selected double-pipe heat exchanger. During thermal calculation were determined heat transfer rate and temperature fields of fluids and walls of the heat exchanger. The calculation was carried out for counterflow and parallelflow arrangement of clean and fouled exchanger. For these cases, the stresses induced by thermal expansion of shell and tubes, internal pressure and weight were calculated. For the purposes of mechanical calculation, the exchanger was modeled as a system of shells fixed between walls, allowing axial displacement. The stress was evaluated according to the ČSN EN 13445-3 standard. Compared to other considered cases, the clean exchanger in counterflow arrangement is the most stressed. However, the clean exchanger in counterflow arrangement also has the most favorable ratio between heat transfer rate and stress. For considered cases, maximum permissible operating conditions were determined.