Расчет водоводяного теплообменника

1. Определяется тепловая мощность теплообменного аппарата.

2. Рассчитывается расход греющего теплоносителя (горячей воды), кг/с

М₁ = Q / C_рт . (17)

3. Строится график изменения температур горячего и холодного теплоносителей по длине теплообменного аппарата и определяется средний температурный напор между греющей и нагреваемой водой.

4. Задаются номером и типом водоподогревателя из табл. 5, проверяя скорость движения теплоносителей в трубах и межтрубном пространстве:

• рассчитывается скорость нагреваемой воды в трубах, w₂, м/с;

• скорость греющей воды в межтрубном пространстве, м/с

w₁ = М₁ / ρ₁ f_мтр, (18)

где f_мтр – площадь сечения межтрубного пространства, м²;

ρ₁ – плотность греющей воды, кг/м³.

Полученные значения скоростей сравниваются с допустимыми скоростями течения воды в теплообменниках 0,5-1,8 м/с. В случае несоответствия значений скоростей рекомендуемым, принимается новый тип водоподогревателя из табл. 5 и расчет повторяется.

5. Определяется режим течения воды внутри трубок после вычисления числа Рейнольдса. В этом случае за определяющий размер принимается внутренний диаметр трубок d₁, за определяющую температуру – средняя температура нагреваемого теплоносителя t_2cp.

6. Определяется критерий Нуссельта в зависимости от режима течения воды, а затем – коэффициент теплоотдачи α₂.

Критерий Прандтля Рr_с выбирается из табл. 4 по средней температуре стенки, определяемой в первом приближении выражением

t_ср.ст = 0,5 (t_1ср - t_2ср), (19)

где t_lcp, t_2cp – средние температуры теплоносителей, °С.

В последующем требуется уточнение температуры стенки.

7. Определяется режим течения греющей воды в межтрубном пространстве после вычисления числа Рейнольдса.

В этом случае за определяющий размер принимается эквивалентный диаметр, м

, (20)

где D_вн – внутренний диаметр корпуса подогревателя, принятый из табл. 5, м;

d₂ – наружный диаметр трубок, м, d₂ = 16 мм;

n – число труб из табл. 5 для выбранного типа подогревателя.

За определяющую температуру принимают среднюю температуру греющей воды.

Таблица 5

Технические данные водоводяных подогревателей

Номер подогревателя	Длина Трубок L, мм	Внутренний диаметр корпуса Dвн, мм	Наружный диаметр корпуса Dн, мм	Поверхность нагрева одной секции Fc, м2	Число трубок п	Площадь живого сечения трубок fтр, м2	Площадь сечения межтрубного пространства fмтр, м2
1	2	3	4	5	6	7	8
01	2000	50	57	0,37	4	0,00062	0,00116
02	4000	50	57	0,75	4	0,00062	0.00116
03	2000	69	89	0,65	7	0,00108	0.00233
04	4000	69	89	1,31	7	0,00108	0,00233
05	2000	82	114	1,11	12	0.00185	0,00287
06	4000	82	114	2,24	12	0.00185	0.00287
07	2000	106	168	1,76	19	0.00293	0,005
08	4000	106	168	3,54	19	0.00293	0,005
09	2000	158	210	3,4	37	0,0057	0.0122
10	4000	158	210	6,9	37	0.0057	0,0122
11	2000	207	273	5,89	64	0.00985	0,02079
12	4000	207	273	12	64	0.00985	0.02079
13	2000	259	293	10	109	0.01679	0.03077
14	4000	259	293	20,3	109	0,01679	0,03077
15	2000	309	325	13,8	151	0,02325	0.04464
16	4000	309	325	28	151	0,02325	0,04464
17	2000	359	377	19,8	216	0,03325	0,05781
18	4000	359	377	40,1	216	0,03325	0.05781
19	2000	408	426	25,8	383	0,04356	0.07191
20	4000	408	426	52,5	383	0,04356	0,07191
21	2000	512	530	41	450	0,06927	0.11544
22	4000	512	530	83,4	450	0,06927	0.11544

8. Выбирается в зависимости от режима течения воды вид критериального уравнения.

Рассчитывается критерий Нуссельта Nu, а затем – коэффициент теплоотдачи α₁.

Физические свойства воды выбираются из табл. 4 по определяющей температуре.

9. Определяется коэффициент теплопередачи.

10. Рассчитывается поверхность теплообмена водоводяного теплообменного аппарата.

11. Рассчитывается количество секций водоподогревателя

m =F_p / F_c, (21)

где F_p – расчетная поверхность нагрева, м²;

F_c – поверхность нагрева одной секции, м² (табл. 5).

Принимают целое число секций.

12. Действительная поверхность нагрева, м².

F_д = F_c m. (22)

13. Уточняются температуры поверхностей стенок труб, °С:

• на наружной поверхности

t_с1 = t_1ср - Q / F_д α₁, (23)

- на внутренней поверхности

t_с2 = t_2ср - Q / F_д α₂, (24)

Правильность расчета оценивается по величине расхождения между расчетной F_p и действительной поверхностью F_д нагрева, которая не должна превышать 3%. В противном случае, приняв другой тип теплообменного аппарата, расчет повторяют.