2.Расчет рекуперативного пластинчатого

теплоутилизатора.

Вариант №18

Задание:

Выполнить тепловой конструктивный расчет пластинчатого рекуперативного теплообменника. Пластины применяются алюминиевые, толщина δ=0,5 мм, теплопроводность λ=150 Вт/(м∙^оС). Ширина щели между пластинами 10 мм.

Определить площадь поверхности теплообмена, число пластин и габаритный размер теплообменника, количество утилизируемой теплоты и аэродинамическое сопротивление.

Исходные данные:

Расход воздуха – G=13000 м³/ч.

Температура воздуха на входе в теплообменник: t_п.н= -24 ^оС;

t_у.н= 30 ^оС.

Размер пластин, м – ав=1,41.

2.1. Тепловой расчет.

1. Определим конечные температуры:

t_у.к=t_у.н.−Е_t∙(t_у.н-t_п.н.)

t_п.к.= t_п.н.+Е_t∙(t_у.н- t_п.н.)

Первоначальное значение эффективности теплоутилизатора принимаем как для стандартного аппарата: Е_t=0,68.

t_у.к=30-0,68∙(30+24)= -6,72 ^оС

t_п.к.= -24+0,68∙(30+24)=12,72 ^оС

2. По средним параметрам теплоносителей находим их теплофизические свойства (приложение 1 [1]):

t_у.ср.=8,64 ^оС t_п.ср.= 5,64 ^оС

_у.ср=13,9510^-6, м²/с _п.ср=12,8610^-6, м²/с

 _у.ср=1,24 , кг/м³  _п.ср=1,31 , кг/м³

 _у.ср=2,510^-2 , Вт/(кг∙К)  _п.ср=2,410^-2 , Вт/(кг∙К)

3. Примем скорости потоков воздуха равными 5 м/с и определим значения критериев Рейнольдса:

,

где v-скорость движения воздуха в щели теплообменника, м/с;

d_э-эквивалентный диаметр, принимаемый равным d_э=2∙s (s-ширина щели между пластинами), м;

-коэффициент кинематической вязкости воздуха, м²/с.

4.Так как в обоих случаях Re < 10000, коэффициенты теплоотдачи с обеих сторон пластины находим по формуле:

, Вт/(м²∙К),

где -коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/(кг∙К).

Вт/(м²∙К)

Вт/(м²∙К)

5.Определяем коэффициент теплопередачи в теплоутилизаторе:

, Вт/(м²∙К)

Вт/(м²∙К)

6.Ориентировочное значение количества утилизируемой теплоты:

Q_ут=G_у∙c_р∙(t_у.н.-t_у.к.), Вт

кВт

7.Требуемая поверхность нагрева:

, м² , где t= t_у.ср.−t_п.ср

м²

2.2.Конструктивный расчет.

Конструктивный или компоновочный расчет проводится в следующей последовательности:

1.Число пластин в аппарате, участвующих в теплообменном процессе:

, шт.

шт.

Принимаем n=478 шт.

2. Всего пластин в теплоутилизаторе:

n₁=n+2, шт.

n₁=478+2=480 шт.

3. Число каналов по каждому теплоносителю:

шт.

Принимаем m=240 шт.

4. Ширина теплоутилизатора:

а=2∙m∙(S+_пл) +_пл , м

а=2240∙(0,01+0,0005)+0,0005=5,04 м

5. Габаритные размеры:

-длина 1,4 м;

-ширина 5,04 м;

-высота 1 м.

6. Объем, занимаемый аппаратом:

V=1*5,04*1,4=7,06 м³

7. Масса теплоутилизатора:

М= n_1∙h∙l∙_пл∙_Al , кг

М=480*1*1,40,00052710=910,56 кг

8. Объем, приходящийся на единицу поверхности нагрева:

, м³/м²

м³/м²

9. Масса, приходящаяся на единицу поверхности нагрева:

, кг/м²

кг/м²

10. Площадь живого сечения воздушных каналов:

-по удаляемому воздуху

f_ж.у.= m∙l∙S , м²

f_ж.у.=240*1,4*0,01=3,36 м²

-по наружному воздуху

f_ж.п.= m∙h∙S , м²

f_ж.п.=240*1,*0,01=2,4 м²

11. Действительная скорость воздуха в каналах:

, м/с , м/с

м/с м/с

12. Определяем фактическое значение эффективности теплоутилизатора и окончательно уточняем конечные температуры воздушных потоков и количество утилизируемой теплоты.

Е_t=a∙(vρ)_ф^с ,

где а и с – экспериментальные коэффициенты, зависящие от режима и типа

теплоутилизатора;

(vρ)_ф – массовая скорость воздуха во фронтальном сечении теплообменника,

кг/(с∙м²).

а=0,797; с= −0,065

Е_t=0,797*(1,24*1,53)^-0,065=0,765

t_у.к.=30−0,765*(30+24)= −11,31 ^oC

t_п.к.= -24+0,765*(30+24)=17,31 ^oC

кВт

13. Аэродинамическое сопротивление:

P=m∙(V∙)_фⁿ+m₁∙(V∙)_фⁿ , Па

P_у=14,81*(1,53*1,24)^1,6=41,26 Па

P_п=14,81*(1,505*1,31)^1,6=43,88 Па