2. Тепловий розрахунок експериментальної установки

2.1 Розрахунку теплового балансу установки

Для розрахунку теплового балансу скористаємося спрощеною схемою установки (рисунок 2.1):

НЦ – насос центральний, ТУ – теплообмінник – утилізатор

ТХ – теплообмінник – холодильник, ДЕ – досвідчений елемент

ЕН – електронагрівач

Рисунок 2.1 – Теплова схема експериментальної установки

Складемо тепловий баланс:

де - тепловий потік циркуляційного насоса, 0, тоді ;

- один тепловий потік, який, рідина отримує і рідина віддає;

- тепловий потік електронагрівача;

- тепловий потік холодильника;

- тепловий потік втрат тепла.

Таким чином тепловий баланс матиме вигляд:

Визначення витрати теплоносія в досвідченому елементі:

де - масова швидкість ;

- площа перетину ДЕ в робочій ділянці ;

- витрата теплоносія .

де - діаметр досвідченого елементу.

Визначення параметрів теплоносіїв на вході і виході з досвідченого елементу. По заданих в завданні температурі і тиску знаходимо ентальпію:

.

Приймемо , тоді при цих параметрах шукаємо ентальпію:

,

Вибір потужності електронагрівача:

Потужність електронагрівача:

Визначення теплового потоку від ДЕ до потоку середовища:

,

Визначення температури на вході і виході з електронагрівача:

Визначення температур на вході і на виході з теплообмінника – утилізатора:

Визначення температур теплоносія на вході і виході з робочої ділянки:

Визначення температур теплоносія на вході і виході з теплообмінника- утилізатора по всмоктуючій гілці:

Визначення температур теплоносія на вході і виході з теплообмінника-холодильника по контуру первинного теплоносія

Рисунок 2.2 – Графічний розподіл температур по циркуляційному контуру

2.2 Розрахунок теплообмінника-утилізатора

Схематичне зображення теплообмінника – утилізатора (рисунок 2.2 ):

1-внутрішній контур з гарячою рідиною;

2-зовнішній контур з холодною рідиною.

Рисунок 2.3 – Перетин каналу теплообмінника типу труба в трубі

Задаємо:

1. Швидкість середовища в нагнітаючому трубопроводі

2. Швидкість середовища у всмоктуючому трубопроводі

Розрахуємо внутрішній діаметр нагнітаючого трубопроводу:

Приймаємо =0,038 виходячи із стандартного ряду діаметрів.

Уточнюємо швидкість руху теплоносія в нагнітаючому трубопроводі:

Розрахуємо товщину стінки нагнітаючого трубопроводу:

Приймаємо =3,5 мм

Тоді зовнішній діаметр нагнітаючого трубопроводу рівний:

приймаємо 45 (мм).

Розрахуємо внутрішній діаметр всмоктуючого трубопроводу:

приймемо 59 (мм)

Розрахуємо товщину стінки всмоктуючого трубопроводу:

Т.к. А>1, то

Тепер:

Приймаемо 0,002 (м)

Визначення поверхні теплообміну в теплообміннику-утилізаторі:

Визначальні температури:

Розрахуємо коефіцієнт тепловіддачі від стінки теплообмінника-утилізатора до теплоносія в нагнітаючому трубопроводі:

Згідно:

Тепер:

Розрахуємо коефіцієнт тепловіддачі від теплоносія у всмоктуючому трубопроводі до стінки теплообмінника-утилізатора.

Визначимо еквівалентний діаметр:

Згідно:

Тепер:

Визначимо коефіцієнти теплопередачі:

Аналогічно:

Визначаємо довжини труб ТОУ1 та ТОУ2:

Нехай , тоді кількість ходів рівна:

Визначимо повну довжину труб теплообмінника-утилізатора:

Приймемо:

- радіус вигину труби; .

Тоді: - довжина вигину труби ;

Аналогічно:

2.3 Розрахунок теплообмінника-холодильника

Вибір швидкостей середовищ і діаметрів труб в теплообміннику-холодильнику:

Схематично ТХ показаний на рисунок 2.4:

Рисунок 2.4 – Схема теплообмінника- холодильника.

Температур теплоносія на вході і виході з теплообмінника – холодильника по контуру первинного теплоносія:

Знайдемо діаметр труби теплообмінника-холодильника:

Розрахуємо внутрішній діаметр нагнітаючого трубопроводу:

Уточнюємо швидкість руху теплоносія в нагнітаючому трубопроводі:

Розрахуємо товщину стінки нагнітаючого трубопроводу:

Приймаємо - коефіцієнт міцності (рівний 1, оскільки в трубі немає ослаблень).

- допустима напруга в металі при даних параметрах розрахунку.

Знаючи матеріал (10Х18Н9Т) і потрібну температуру визначуваний :

Тоді зовнішній діаметр нагнітаючого трубопроводу рівний:

.

Розрахуємо витрату холодної води:

,

.

Розрахуємо внутрішній діаметр всмоктуючого трубопроводу:

Розрахуємо товщину стінки всмоктуючого трубопроводу:

Тепер:

,

Оскільки А>1, то

Тепер:

з конструкторських зображень приймаємо .

Визначимо тепер D2:

Визначення поверхні теплообміну в теплообміннику-холодильнику:

Визначальні температури:

Розрахуємо коефіцієнт тепловіддачі від стінки теплообмінника-холодильника до теплоносія в нагнітаючому трубопроводі:

Теплофізичні властивості:

Тепер:

Розрахуємо коефіцієнт тепловіддачі від теплоносія у всмоктуючому трубопроводі до стінки теплообмінника-утилізатора.

Визначимо еквівалентний діаметр:

.

Згідно:

Тепер:

Визначимо коефіцієнти теплопередачі:

Визначаємо довжини ТХ1 і ТХ2:

Нехай , тоді кількість ходів рівна:

приймемо 8.

Визначимо повну довжину труб:

Приймемо:

Тоді:

Аналогічно: