Визначення коефіцієнта тепловіддачі для води:

Критерій Нуссельта

Nu = 0,023 · Re^0,8 · Pr^0,4

Nu = 0,023 · 22316,26^0,8 · 3,619^0,4 = 115,9

Тоді α₂ = ( Nu · λ ) / d_в

α₂ = (115,9 · 0,640 ) / 0,021= 3532 Вт/(м² · К)

Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від водяної пари до стінки. Орієнтовно вибираємо температуру стінки з боку пари t_ст= 67 ºС. Тоді температура конденсату t_пл = 0,5 · ( t_п + t_ст)

t_пл=0,5 · (102 + 67) = 84 ºС

За цією температурою знаходимо фізичні характеристики конденсату:

густина ρ₂ =961 кг/ м³;

коефіцієнт теплопровідності λ_к = 0,676 Вт/(м·К);

коефіцієнт динамічної в`язкості μ₂ = 2963 ·10^-6 Па ·с;

теплота пароутворення r = 2265 · 10³ кДж/кг.

Висота поверхні теплопередачі : l = 1,5 м.

Тоді за рівнянням α₁ = 1,15· визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від пари до стінки.

α₁= 1,15 · = 4941,457 Вт/(м^2.К)

Коефіцієнт теплопередачі для чистої поверхні :

K = 1 / (1/α₁ + δ_ст /λ_ст + 1/α₂)

Приймаємо, що труби виготовлені з нержавіючої сталі, тоді коефіцієнт теплопровідності становить λ _ст = 17,5 Вт/(м·К), а товщина стінки δ_ст = 0,002м.

К = 1 / (1/4941,457 + 0,002 /17,5 + 1/6160) = 1984 Вт/(м² · К)

Коефіцієнт теплопередачі для забрудненої поверхні за значенням коефіцієнта використання поверхні теплообміну φ = 0,8;

k = K · φ = 1984 · 0.8 = 1587 Вт/(м² · К)

Перевіряємо правильність прийнятого значення температури стінки за формулою: t_ст= t_п -( k / α₁₎ · Δt_ср

t_ст = 102 – (1587/600,219) · 53 = 66,1 ºС

Різниця між прийнятим значенням температури стінки і визначеним становить 0,8 ºС, що допускається .

Визначення площі поверхні теплопередачі

F = Q / ( k · Δt_ср ) = 2906496 / (1587· 53) = 41,1 м²

Конструктивний розрахунок

Розрахункову довжину всіх ходів визначаємо за формулою:

L = F / (π · d_р · n₁₎ =114.6 / 3,14 · 0,022 · 34 = 10,5 м

Оскільки α₁ ≈ α₂, то d_р = 0,5 · (d_в + d_з ) = 0,5 · (0,021 + 0,025) = 0,022 м,

де d_р – розрахунковий діаметр труб, який взято таким , що дорівнює півсумі зовнішнього і внутрішнього діаметрів.

Кількість ходів трубного простору : z = L / l = 48,9 / 1,5 = 7.

Вибираємо чотирьохходовий теплообмінник, робоча довжина трубок якого становить l = 1,5 м.

Загальна кількість труб, що розміщуються на трубних решітках:

n = z · n₁ =33 · 34 = 396.

У разі розміщення труб на сторонах правильних шестикутників за таблицею 6.2 вибираємо найближчу загальну кількість труб n = 367. Тоді на стороні найбільшого шестикутника а = 11 труби, а кількість труб, розміщених по діагоналі шестикутника, b = 21.

Відстань між осями труб : s = 1,4 · d_з = 1,4 · 25 = 35 мм.

Внутрішній діаметр корпусу теплообмінника: D_в = 1,1 · s

D_в = 1,1 · 35 · = 856 мм.

Вибираємо нормалізований теплообмінник, зовнішній діаметр кожуха якого D_з = 800 мм і товщина стінки δ_ст = 4 мм(таблиця 6.2) . Тоді внутрішній діаметр такого теплообмінника D_в = 800 – 2 · 4 = 792 мм.

Діаметр патрубків для води :

₁ = 1 м/с

= 0,122 м

Діаметр патрубка для пари:

₂ = 30 м/с

=0,299 м

Діаметр патрубка для конденсату:

₃ = 0,5 м/с

=0,06 м

Загальна висота теплообмінника:

Н = l + 2 · h

Висоту кришки h без патрубків беремо 0,3 діаметра кожуха (0,8 · 0,3 = 0,24 м), а висоту кришки на 200 мм більшу від діаметра патрубка для води (0,122 + 0,2 = 0,322 м)

Н = 1,5 + 0,24 + 0,322 = 2,062 м.