Проектный расчет теплообменного аппарата

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 4Следующая ⇒

Требуемая поверхность нагрева теплообменника по обеим схемам включения (прямоток, противоток), находится исходя из основного уравнения теплопередачи: (21)

где Q– тепловая нагрузка аппарата, Вт;

K– коэффициент теплопередачи рабочей поверхности теплообмена, Вт/(м² K);

Δ t_ср - средний температурный перепад между греющей и нагреваемой водой, ^oС.

Тепловую нагрузку определяют по уравнению теплового баланса аппарата:

(22)

Из приведённого балансового уравнения может быть найдена температура греющей воды на выходе из теплообменника , приняв из таблицы (Приложение Б) С_Р1 для температуры

Физические параметры греющей и нагреваемой воды находят по таблице физических свойств воды (Приложение Б) при средней температуре теплоносителя: (23)

Скорости движения теплоносителей определяют по формулам:

(24)

(25)

где d₂=d₁+2d, м – наружный диаметр внутренней трубы.

Расчёт коэффициента теплопередачи (K) производят по формуле для плоской стенки, поскольку соотношение диаметров греющей поверхности аппарата значительно меньше 1, 8 (d₂/d₁< < 1, 8)

(26)

где α ₁ и α ₂ – коэффициенты теплоотдачи соответственно с внутренней и наружной стороны греющей поверхности, Вт/(м²K).

Коэффициенты α ₁и α ₂ определены из уравнения

(27)

где d – определяющий геометрический размер, м;

λ _Ж– коэффициент теплопроводности жидкости, Вт/(м K);

Nu_Ж, - критерий Нуссельта.

При подсчёте коэффициента теплоотдачи с внутренней поверхности греющей трубы (α ₁) использовать формулы:

а) для турбулентного режима движения (Re > 10⁴)

; (28)

б) для переходного режима движения (Re = 2100 – 10⁴)

_,(29)

при этом, K₀ взять из таблицы 3.1.

Таблица 3.1 - Значения поправочного коэффициента K₀переходного режима

Re_Ж*10^-3	2, 1	2, 2	2, 3	2, 4	2, 5
K₀	1, 9	2, 2	3, 3	3, 8	4, 4	5, 0	10, 3	15, 5	19, 5		33, 3

в) для ламинарного режима движения (Re £ 2100)

. (30)

Индексы “ж” и “с” означают, что физические константы жидкости взяты соответственно при средней температуре жидкости и средней температуре стенки.

Значения поправочного коэффициента на длину трубы ε _епринять из таблицы 3.2.

Таблица 3.2 - Значения поправочного коэффициента на длину трубы ε _е

l/d
_е	Ламинарный режим	1, 9	1, 7	1, 44	1, 28	1, 18	1, 13	1, 05	1, 02	1, 0
Турбулентный режим	1, 5	1, 4	1, 23	1, 14	1, 10	1, 08	1, 04	1, 02	1, 0

Для определения коэффициента теплоотдачи с наружной поверхности греющей трубы (α ₂, использовать те же формулы по расчёту критерия Нуссельта, вводя дополнительный множитель (d₃/d₂)^{0, 18}).

В качестве определяющего размера (диаметра) в расчётах использовать эквивалентный диаметр, равный:

(31)

Используемые в расчётных уравнениях (28), (29) и (30) критерии Рейнольдса (Re), Прандтля (Pr) и Грасгофа (Gr) определять по формулам:

; (32)

; (33)

, (34)

где - коэффициент объёмного расширения;

g = 9, 81 м/сек² - ускорение свободного падения.

Для каждой схемы включения аппарата средний температурный напор (Δ t_СР) определять как среднелогарифмический:

(35)

где Δ t_б и Δ t_м – наибольший и наименьший температурные перепады между греющим теплоносителем и нагреваемой водой.

При прямотоке: Δ t_б ↑ ↑ = t^‘_ж1- t^‘_ж2, Δ t_м ↑ ↑ = t^‘‘_ж1- t^‘‘_ж2;

При противотоке: Δ t_б ↑ ↓ = t^‘_ж1- t^‘‘_ж2, Δ t_м ↑ ↓ = t^‘‘_ж1- t^‘_ж2.

Расчёт числа секций теплообменника (n_с) произвести по формуле

(36)

где , м² – площадь греющей поверхности одной секции.

Схема теплообменника «труба в трубе» приведена на Рис. 1.

Порядок расчета теплообменного аппарата:

1. Внимательно прочитать задание п. 2.1.2.

2. Выписать исходные данные в соответствии со своим индивидуальным шифром.

3. Начертить схему теплообменного аппарата (Рис. 1).

4. Определить среднюю температуру t^ср_ж2 нагреваемой воды по ур. (23).

5. Выписать из таблицы Приложения Б для t^ср_ж2 значения ρ _ж2, Ср₂, λ _ж2, ν _ж2, Pr_ж2.

6. Рассчитать Q из ур. (22).

7. Определить температуру греющей воды t^’’_ж2на выходе из теплообменника из правой части ур. (22).

8. Определить среднюю температуру t^ср_ж1 греющей воды по ур. (23).

9. Выписать из таблицы Приложения Б для t^ср_ж2 значения ρ _ж1, Ср₁, λ _ж1, ν _ж1, Pr_ж1.

10. Определить скорости движения теплоносителей по ур. (24) и (25).

11. Определить критерии Рейнольдса для обоих теплоносителей по ур. (32).

12. В зависимости от значений критерия Рейнольдса и соответствующего режима течения теплоносителей, рассчитать критерий Нуссельта для обоих теплоносителей по ур. (28), (29) или (30).

13. Вычислить коэффициенты теплоотдачи на внутренней (α ₁) и наружной (α ₂) поверхностях внутренней трубы теплообменника по ур. (27).

14. Определить значение коэффициента теплопередачи (К) по ур. (26).

15. Определить значение среднелогарифмической разности температур для прямоточной (Δ t_ср↑ ↑ ) и противоточной (Δ t_ср↑ ↓ ) схем включения теплообменника по ур. (35).

16. Рассчитать необходимую площадь теплообменной поверхности для прямоточной (F↑ ↑ ) и противоточной (F↑ ↓ ) схем включения теплообменного аппарата по ур. (21).

17. Рассчитать необходимое число секций теплообменного аппарата для прямоточной (n_с↑ ↑ ) и противоточной (n_c↑ ↓ ) схем включения по ур. (36).

18. Сделать вывод о преимуществе одной из схем включения теплообменного аппарата.

19. Начертить схематично графики изменения температур теплоносителей от входа до выхода теплообменника при прямоточной и противоточной схемах включения теплообменного аппарата.

Рис. 1. Схема теплообменника «труба в трубе»

1- внутренняя труба; 2- наружная труба; d₁- внутренний диаметр внутренней трубы; d₂- наружный диаметр внутренней трубы; d₃- внутренний диаметр наружной трубы; t_c₁- температура внутренней поверхности стенки внутренней трубы; t_c₂- температура наружной поверхности стенки внутренней трубы; L-длина теплообменной части внутренней трубы.

⇐ Предыдущая 123 4 Следующая ⇒