Проектировочный (конструкторский) расчёт

Как указано выше, исходными данными при расчёте являются расходы и , входные температуры и , теплофизические характеристики теплоносителей, а также при проектировочном расчёте конечная температура основного теплоносителя . Требуется определить площадь теплообменной поверхности при выбранной схеме аппарата, а также и .

Основные этапы расчёта:

1. Согласовываются диаметры, шаги и число трубок в пучке так, чтобы обеспечить расходы и при допустимых скоростях течения теплоносителей внутри и вне трубок. Это предварительный, ещё не тепловой расчёт.

2. Определяется , по уравнению баланса (1) и , откуда .

3. Вычисляется по (8) и др.

4. Определяется коэффициент теплопередачи .

5. Из уравнения теплопередачи (2) находится площадь поверхности и, следовательно, длина трубок (с учётом , – диаметр, – число трубок).

Проверочный расчёт

В этом случае требуется определить конечные температуры и вместе с , когда геометрия сечений аппарата и, следовательно, площадь полностью заданы.

Основные этапы расчёта:

1. На этом этапе рассчитываются геометрические и гидромеханические характеристики, необходимые для определения , , . При этом определяющие температуры берутся приближённо, на основе входных температур (предполагаемые температуры). В результате определяется некоторое значение .

2. Приведённые выше выкладки не содержат формул для конечных температур , теплоносителей, и если для прямотока по (9_прям) (10_прям) и (8) можно найти хотя бы и по (2) , то для противотока непосредственно даже их найти нельзя. Поэтому формулы для , , нужно получить.

Прямоточные ТА. Из уравнения (10_прям) , обозначая для удобства постоянную и вычитая обе части (10_прям) из тождества , имеем

. (11_прям)

Учтём (9_прям) и перегруппируем левую часть (11 _прям)

. Здесь учтено по (1). Тогда из (11) сразу следует

. (12 _прям)

Если снова подставить выражение для и обозначить получившееся выражение в правой части (12), определяемое двумя безразмерными параметрами и , как функцию двух переменных

, (13 _прям)

то, раскрывая остальные обозначения в (12 _прям), имеем соотношение для искомой через известные величины

. (14_прям)

В силу (1) и , то есть из (14_прям) для и

. (15_прям)

. (16_прям)

Противоточные ТА. Аналогичными выкладками при обозначении уравнение (10_прот) преобразуется в

. (11_прот)

С учётом (9_прот) левая часть (11 _прот) принимает вид

.

Правую часть можно представить

. После переноса слагаемых с из правой части (11_прот) в левую получается , откуда находится

. . (12 _прот)

Если подставить и обозначить

, (13 _прот)

то получаем соотношение для искомой через известные величины

. (14_прот)

Соответственно, для и

. (15_прот)

. (16_прот)

Функции и по (13 _прям), (13 _прот) легко рассчитываются на компьютере, кроме того их графики и таблицы имеются в справочниках.

Таким образом, второй этап проверочного расчёта сводится к применению формул (14)–(16) для соответствующей схемы.

3. Рассчитав значения температур, необходимо проверить, насколько они близки к принятым на первом этапе предполагаемым температурам, то есть точность определения , и, при необходимости, провести уточняющий пересчёт. Как правило, значение уточняется немного, и третий расчёт не требуется.