2.1. Тепловой расчет

Рассчитаем массовый расход холодного теплоносителя:

М2=_{2 *}V₂₌ 930*1,5=1395 .

Следовательно, исходя из уравнения (3), количество тепла будет равно:

Q= 47 Квт;

Конечная температура теплоносителя:

;

=5,14>1,8 значит, считаем по формуле:

21

85

93

71

Определим расход внутренней трубы:

;

Примем скорость течения масла в трубе равную 1 _,следовательно, диаметр будет равен:

, м

;

Выбираем из таблицы П-4 стандартный диаметр трубы, равный 0,050 м, тогда наружный диаметр 0,057 м.

Пересчитаем скорость с полученным диаметром:

;

При полученном результате можно сделать вывод о ламинарном характере течения трубы, так как Re = 1060.

Re₂ = 1060<2320

При развитом ламинарном течении в трубах определяем критерий Нуссельта:

Рассчитаем критерий Прандталя для указанного случая:

;

Где α₂ - коэффициент температуропроводности,

Определяем критерий Грасгофа. Учитывая, что для воздуха , ускорение свободного падения g=9,81 м/с²,Δt =30-20=10°С,получим:

Найдем внутренний диаметр большой трубы:

= 0,060 м

d_экв=( D_вн-d_нар)=0,060-0,057=0,003

Теперь мы можем рассчитать критерий Нуссельта:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи от греющей поверхности к нагреваемому холодному теплоносителю. а₂:

Плотность воды будет выбираться из приложения П-2 исходя из разности температур горячего теплоносителя на входе и выходе, то есть: 93-71=22 °С, Следовательно плотность воды при 22°С равна 996,95 кг/м³ из приложения-2, т.к ( ),

;

= 0,060 м

Стандартный диаметр большой внутренней трубы определяем по П-4, он будет равен 0,063 м, значит наружный диаметр большой трубы будет = 0,070м.

Re₁= =

Re₁=38437 >10 000→турбулентный режим

Так как значение Re =38437, следовательно, у нас турбулентный режим течения жидкости. критериальное уравнение имеет вид:

Рассчитаем значение критерия Прандтля:

Находим коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенкам канала кольцевого сечения

=

Определяем коэффициент теплопередачи:

Расчет площади поверхности теплопередачи

t ср.=36°

F=

Поверхность теплообмена рассчитана без учета потерь тепла в окружающую среду и, следовательно, будет меньше поверхности, которая обеспечит реальные условия работы аппарата. Для расчета реальной поверхности необходимо дополнительно знать также Q_пот – тепловой поток, теряемый аппаратом в окружающую среду. Это требует знания площади внешней поверхности аппарата и условий теплообмена между корпусом и окружающей средой.

Допускаем, что потери теплоты в окружающую среду не превысят 3÷5% от расчетного полезного теплового потока Q. Тогда полный действительный расход теплоты Q_дей и действительная поверхность нагрева F_дей определяются по формулам

=1,05*47120=49476 Вт

=1,05*12,42=13,04

1.2 Конструктивный расчет

Определение основных размеров аппарата

В результате конструктивного расчета необходимо определить число секций аппарата и решить вопрос об их расположении и соединении.

Формула для расчета искомого диаметра патрубков для входа и выхода теплоносителей (в м)

где ρ - плотность теплоносителя на входе (для входного патрубка) или на выходе из аппарата, определяется по таблицам в зависимости от начальной или конечной температуры теплоносителя.

u - скорость теплоносителя на входе или на выходе из аппарата; скорость на входе принимается в пределах рекомендованных значений скоростей теплоносителей в трубах; скорость на выходе меньше скорости на входе за счет гидравлических сопротивлений аппарата.

Длина патрубков определяется:

, м

Общая длина рабочей части внутренней трубы рассчитывается из уравнения:

L= =

Длину рабочей части одной секции l рекомендуется принимать равной от 4 до 6 м, тогда число секций теплообменного аппарата будет равно: