12. Конструкции и расчет тепломассообмена выпарных аппаратов с естественной циркуляцией.

13. Порядок расчета подогревателя воды выхлопными газами гтд.

Исходные данные:

– расход газа в межтрубном пространстве; - температура газа на входе в теплообменник; - температура газа на выходе из теплообменника; – давление газа на входе в теплообменник; – давление газа на выходе из теплообменника; давление воды на входе в теплообменник; температура воды на входе в теплообменник; температура воды на выходе из теплообменника; скорость воды в трубках; наружный диаметр трубок; толщина стенки трубки; толщина ребра на трубке; зазор между ребрами на трубке; шаг оребрения; коэффициент теплопроводности материала трубки и ребер (из Я1Т).

Порядок расчета:

1 Задаемся диагональным шагом:

2 Параметр для определения поперечного шага трубок и продольного :

3 Поперечный и продольный шаг трубок:

4 Высота ребра по ходу газа продольная и поперечная: ;

5 Коэффициент загромождения фронта теплообменника трубками и оребрениями:

6 Расчет передаваемой теплоты:

7 Потребный расход воды:

8 Температурный напор на входе и на выходе газа:

9 Среднелогарифмический температурный напор для противотока:

10 Поправочный коэффициент:

11 Среднелогарифм. Темпер. напор для противоточной схемы:

12 Число Рейнольдса в трубках:

13 Число Нуссельта в трубках:

14 Коэффициент теплоотдачи в трубках:

15 Общая длина трубок определяется по теплоте:

16 Потребная площадь внутри трубок и потреб. Их длина :

17 Число трубок на вход воды:

18Длина одной трубки от входа к выходу на n ходов:

19 Высота теплооб-ка при n пучках: 20 Число трубок на один раз:

21 Ширина теплообменника по фронту: 22 Площадь фронта:

23 Площадь проходных ячеек во фронте:

24 Скорость в ячейках межтрубного пространства:

25 Коэффициент теплоотдачи в ячейках межтрубного пространства:

26 Коэффициент оребрения:

27 Теплоотдача на оребрении при ламинарном течении:

28 Теплоотдача при турбулентном течении:

,

29 Расчет эффективности ребра: Параметр m для ребра:

30 Эффективный коэфф-т теплоотдачи в межтрубном пространстве:

31 Коэффициент теплопередачи от газа к воде:

32 Мощность теплообменника:

14. Конструкции и расчет тепломассообмена выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией.

15. Расчет эффективности ребра.

Для удобства расчета теплоотдачи оребренной поверхностью вводят коэффициент эффективности ребра Е, иногда называемый коэффициентом полезного действия ребра. Согласно определению, коэффициент эффективности ребра - это отношение количества тепла, переданного ребристой поверхностью, к тому количеству тепла, которое могло бы быть передано в случае бесконечной теплопроводности ребер.

_{Рассмотрим способ определения величины} Е для ребер различной конфигурации. Одномерное дифференциальное уравнение теплопроводности для ребра постоянного попе-речного сечения имеет вид где х - продольная координата ребра, отсчитываемая от его основания; θ = t - t₁ - местная избыточная температура ребра; t и t₁ - местная температура ребра и постоянная температура омывающего его газа; и и f_p - периметр и площадь поперечного сечения ребра; λ_p и α_р - коэффициент теплопроводности и средний коэффициент теплоотдачи на его боковых поверхностях. Решая дифференциальное уравнение теплопроводности при заданной температуре t₀ в основании ребра (х = 0) и отсутствии теплообмена через торец ребра, получим где h_р - высота ребра; θ₀ = t₀ - t₁

Теплота, передаваемая через ребро, находится из соотношения С другой стороны, величина Q_p может быть определена из закона Ньютона – Рихмана где F_p - поверхность ребра. Приняв α_р = const, получим среднеинтегральная избыточная температура поверхности ребра. При бесконечно большой теплопроводности ребра температура его поверхности будет приближаться к температуре в основании, и отдаваемое количество теплоты составит Тогда согласно данному выше определению коэффициент эффективности ребра (*)Из уравнения (*) видно, что в качестве коэффициента эффективности ребра можно принимать отношение средней разности температур оребренной поверхности и окружающей среды к разности температур поверхности, несущей оребрение, и окружающей среды. Для ребра постоянного поперечного сечения коэффициент эффективности В случае тонких призматических ребер с периметром u = 2b + 2δ_р ≅ 2b (здесь b - ширина, δ_р - толщина ребра) параметр Тогда, если воспользоваться числом Био Bi = (δ_р/λ_р):(1/α_р), которое представляет собой отношение внутреннего термического со-противления теплопроводности к внешнему термическому сопротивлению теплоотдаче, то и коэффициент эффективности призматического ребра (**) Формула (**) справедлива для прямых ребер постоянного поперечного сечения, рас-положенных на плоской стенке. Если ребро имеет форму диска на цилиндрическом основании, то при постоянной толщине ребра решение принципиально не отличается от изложенного выше. В этом случае дифференциальное уравнение одномерной теплопроводности есть уравнение Бесселя, имеющее решение в цилиндрических (бесселевых) функциях .

Для широко используемых круглых дисковых ребер переменной толщины - радиальная продольная координата ребра) уравнение теплопроводности примет вид :

Где θ = t - t₁ - местная избыточная температура ребра; t и t₁ - местная температура ребра и постоянная температура омывающего его газа,- периметр поперечного сечения ребра; λ_p и α_р - коэффициент теплопроводности и средний коэффициент теплоотдачи на его боковых поверхностях. Уравнение (1) может быть проинтегрировано для целых и дробно-рациональных, функций δ_р(r). Его общее решение выражается через бесселевы функции 1-гo и 2-го рода n-го порядка. Например, в простейшем случае для радиального ребра постоянной толщины где J₀(mr) и К₀(mr) - модифицированные функции Бесселя 1-го и 2-го рода нулевого порядка. Определить значения функции Бесселя для конкретной величины аргумента mr можно с помощью таблиц или путем вычисления на ЭВМ по стандартным программам. Постоянные С₁ и C₂ находятся из граничных условий в основании и на торце ребра.

Рис. 12. К определению коэффициента эффективности круглых ребер постоянного сечения (а) и поправочного коэффициента для трапециевидных ребер (б)

Аналитическое выражение коэффициента тепловой эффективности дискового ребра даже постоянной толщины имеет сложный вид, и расчет величины Е достаточно трудоемок. Поэтому при проектировании теплообменных аппаратов используется ее графическая интерпретация (рис. 12,а), где Е рассчитано по указанной аналитической зависимости. На графике в качестве аргумента использована величина

, (58)

где, согласно сделанному ранее замечанию об учете теплоотдачи с торца, h = h_p + δ_р/2.

16. Пленочные выпарные аппараты и расчет тепломассообмена в них.

17. Расчет гидросопротивлений в пучке оребренных труб.

Определение гидросопротивлений:

S₁-поперечный шаг,S-диагональный шаг,z-число рядов по ходу газа

18. Схемы и расчет многокорпусных выпарных аппаратов.

19. Сопоставление методов и среднелогарифмического температурного напора по порядку расчета параметров (по разделу 1).

1) Дано: коэффициент теплопередачи k, водяные эквиваленты C₁,C₂,t׳₁, t׳׳₁, t׳₂,t׳׳₂.

Найти: поверхность теплообмена F.

Метод Ntu	средне логарифмический напор
	По схеме, R,P определяем
По схеме ε,CR определяем Ntu	Определяем

Оба метода дают прямое решение, так как заданы конечные температуры теплоносителей.

2) Дано:F, k, C₁, C₂, t׳₁, t׳₂

Найти: t׳׳₁,t׳׳₂,

Метод Ntu	средне логарифмический напор
	Задаем t2׳׳ и определяем Р
	По R,P, виду схемы определяем
Находим ,	Определяем (для противотока)
	По находим Проверяем. Если не совпадает, то повторяем расчет.