1.8. Розрахунок процесу теплообміну в теплообмінному апараті (перше наближення).

1.8.1. Розрахунок теплообміну всередині трубок

Для цього використаємо формулу для примусового руху рідини всередині круглих,гладких труб.

Для визначення режиму руху гарячого теплоносія знаходимо число Рейнольдса

(13)

де - коефіцієнт кінематичної в’язкості гарячого теплоносія при середній температурі, .

Оскільки , то режим руху турбулентний, тому критерій Нусельта визначається:

(14)

де - число Прандля для гарячого теплоносія при середній температурі ;

- число Прандля для гарячого теплоносія при температурі стінки, ;

– коефіцієнт, що враховує зміну середнього коефіцієнта тепловіддачі по довжині труби,

Приймаємо температуру зовнішньої поверхні стінки труби, для першого наближення:

При температурі поверхні стінки визначаємо число Прандля гарячого теплоносія:

=17,648.

Для першого наближення:

Коефіцієнт тепловіддачі від гарячого до внутрішньої поверхні труби рівний:

(15)

де 𝜆_p1 – коефіцієнт теплопровідності гарячого теплоносія при середній температурі, .

1.8.2. Розрахунок теплообміну ззовні трубок

Для розрахунку процесу теплообміну від зовнішньої поверхні стінки труби до холодного теплоносія визначаємо режим руху теплоносія:

(16)

де – коефіцієнт кінематичної в’язкості холодного теплоносія при середній температурі, ;

d_екв – еквівалентний діаметр,м.

(17)

де Р – змочений периметр,м.

(18)

Так, як Re>2300, то режим руху холодного теплоносія турбулентний, тому число Нусельта визначається за формулою:

(19)

де Pr_p2 – число Прандля холодного теплоносія при середній температурі;

Pr_ст2 – число Прандля холодного теплоносія при температурі стінки,[1, табл.2.2,ст.97];

Приймаємо температуру зовнішньої поверхні стінки труби, для першого наближення: .

При температурі поверхні стінки визначаємо число Прандля холодного теплоносія:

(20)

де S – крок між трубної решітки,м.

Тоді,

Коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні трубки до холодного теплоносія буде рівним:

(21)

де 𝜆_р2 – коефіцієнт теплопровідності холодного теплоносія при середній температурі, .

1.8.3.Розрахунок коефіцієнта теплопередачі

Для першого наближення будемо мати:

, (22)

де𝜆_mp – коефіцієнт теплопровідності матеріалу трубки при температурі стінки труби, .

Приймаємо в якості матеріалу трубки - сталь.

Для даного сплаву .

Тоді отримаємо:

.

1.8.4. Розрахунок температури стінок трубок

Температура внутрішньої поверхні стінки трубки буде рівна :

(23)

Де – термічний опір внутрішньої поверхні стінки трубки, ;

- загальний термічний опір теплопередачі , .

(24)

(25)

Тоді,

Температура зовнішньої поверхні стінки труби буде рівна :

(26)

де - теомічний опір зовнішньої поверхні стінки трубки , .

(27)

Тоді,

Порівняємо отримані значення температур стінок з прийнятими :

Оскільки перше наближення температури стінки трубки відрізняється більш ніж на 1 %, то необхідно перезадати температури внутрішньої та зовнішньої поверхонь стінки трубки і провести розрахунок з п. 1.8