Проектный расчет двухпоточных теплообменников

Цель проектного расчета теплообменников является вычисление поверхности теплообмена и ее компоновки. Исходными данными являются тепловая нагрузка Q, расходы потоков, температуры и давления потоков на входе и выходе, а также теплопритоки из окружающей среды Q_oc. Эти данные известны из расчета цикла установки.

В криогенной технике наиболее распространенными являются противоточные теплообменники. Поэтому дальнейшее изложение ориентировано на такой тип аппаратов.

Проектный расчет двухпоточных теплообменников базируется на использовании формулы (3.7). Для ее использования необходимо вычислить значения Q, k и Dt.

Тепловая нагрузка Q вычисляется по формуле (3.8).

Коэффициент теплопередачи k между двумя потоками, обменивающимися теплотой, через оребренную плоскую стенку, определяется по формуле (3.10). Наличие термического сопротивления ребер вызывает появление температурного градиента по их высоте, что снижает эффективность теплообмена, и учитывается величиной к,п.д. поверхности.

,                                                                    (3.10)

где a₁, a₂ – коэффициенты теплоотдачи потоков; h₁, h₂ – эффективность оребренных поверхностей теплообмена F₁ и F₂ потоков; l - коэффи­циент теплопроводности материала стенки; d - толщина стенки. Значение коэффициента теплопередачи k отнесено к площади поверхности разделительной стенки.

Для теплообменника из неоребренных труб коэффици­ент теплопередачи, отнесенный к наружной поверхности диаметром d₁, определяется формулой

 .                                                     (3.11)

При расчете теплообменников из оребренных труб коэффициент k удобно относить к гладкой внутренней поверхности d₂

,                                                          (3.12)

где j – коэффициент оребрения, h – эффективность оребренной поверхности.

Расчет значений a производится по критериальным уравнениям.

Эффективность оребрения зависит от ряда факторов, в том числе от теплопроводнос­ти и геометрических характеристик ребер. В большинстве случаев величину h_р с достаточной степенью точности можно определить формулой

,                                                                                      (3.13)

Здесь m - комплексная характеристика ,                        

где a – коэффициент теплоотдачи; P_р – периметр ребра; l_р – коэф­фициент теплопроводности материала ребpа; f_{p ­}– площадь поперечного сечения ребра; l_p – условная высота ребра.

Для круглых ребер l_p = l×(1 + 0,35ln(R/r)),

где l - высота ребра; R – радиус ребра; r – наружный радиус трубы.

 

Метод определения величины D t зависят от условий процесса теплообмена и схемы движения потоков в аппарате.

В общем случае величину Dt обычно определяют как среднеинтегральную, выделяя ее из сопоставления формул (3.6) и (3.7),

.                                                                                (3.14)

 

Для использования формулы (3.15) поверхность теплообмена разбивается на « n » участков с равны­ми тепловыми нагрузками DQ = Q/n. Затем строится Q – T диаграмма (рис. 3.4), по которой находятся значения Dt в середине каждого j-того участка. Кривые на рис. 3.4 соответствует изобарам потоков 1 и 2, перенесенным из диаграммы состояния i – Т.

 

 

Рис.3.4. Диаграмма для определения Dt_инт.

 

При постоянных теплоемкостях потоков величина Dt для прямо- и противоточных теплообменников определяется как среднелогарифмическая

,                                                                           (3.15)

где Dt’ и Dt” – разности температур на концах теплообменника.

При Dt’/Dt” < 1,7 можно использовать среднеарифметическую разность температур

Dt_cp = 0.5×(Dt’+Dt”).                                                                           (3.16)

 

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: