2. Теплофизические свойства теплоносителей

По следующим зависимостям определяем теплофизические свойства теплоносителей.

Для греющего теплоносителя:

Температура насыщения водяного пара, С:

Плотность пара, кг/м³:

.

Энтальпия греющего насыщенного пара, кДж/(кгК):

.

Энтальпия конденсата пара, кДж/(кгК):

.

Для нагреваемого теплоносителя:

Средняя температура воздуха, ⁰C:

Плотность воздуха, кг/м³:

Средняя теплоемкость воздуха, кДж/(кгК):

при 50<= < 70 значений С_р =1,005;

при 70<= <= 90 значений С_р =1,009.

Коэффициент кинематической вязкости воздуха, м²/с:

Коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/(мК):

Критерий Прандтля воздуха:

.

Плотность воздуха на входе, кг/м³ :

Плотность воздуха на выходе, кг/м³ :

2.3 Недостающие параметры

Тепловая нагрузка теплообменного аппарата, кВт:

Расход греющего теплоносителя, кг/с:

Средний логарифмический температурный напор, С:

2.1. Оптимизируемые параметры

Число рядов по ходу воздуха – z, шт.;

Число труб в одном ряду – n, шт.;

Поперечный шаг – S₁, мм;

Диагональный шаг – S'₂, мм.

2.2.Тепловой и компоновочный расчет теплообменного аппарата

Задаёмся длиной теплообменной трубки, м:

Ширина пучка, м

Общее число труб в теплообменнике, шт

если z – чётное, то ;

если z – нечётное, то .

Продольный шаг, мм

Внутренний диаметр теплообменной трубки, мм:

Площадь входного сечения трубок, м²

Скорость пара в трубках, м/с

Коэффициент теплоотдачи со стороны греющего теплоносителя, Вт/(м²∙К)

Площадь сжатого сечения пучка, м²

Скорость движения нагреваемого теплоносителя в трубках, м/с

Число Рейнольдса для нагреваемого теплоносителя

Поправка на число рядов

Поправка на компоновку

если , то ;

если , то .

Число Нуссельта для нагреваемого теплоносителя при

Принимаем, что

Тогда

Коэффициент теплоотдачи со стороны нагреваемого теплоносителя, Вт/(м²∙К)

Расчетный коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К):

Расчетная поверхность теплообмена, м²:

Активная длина труб, м:

2.3.Гидравлический расчет теплообменного аппарата

Коэффициент формы

Число Эйлера при поперечном обтекании гладкотрубных пучков

если ,

если ,

Потери давления при прокачке нагреваемого теплоносителя, Па:

Скорость потока на входе, м/с:

Скорость потока на выходе, м/с

Потери давления на ускорение или торможение потока, Па

Потери давления на прокачку нагреваемого теплоносителя, Па

3.Конструкции теплообменных аппаратов

3.1.Теплообменные аппараты с трубчатой поверхностью нагрева

Простейший из трубчатых теплообменников типа «труба в трубе» состоит из двух коаксиально закреплённых труб. Первый теплоноситель перемещается по внутренней трубе 1. Второй теплоноситель проходит в кольцевом пространстве, образованном трубой 1 и соосной с ней наружной трубой 2. Таким образом, поверхность, через которую передаётся теплота, образована той частью поверхности внутренней трубы, которая заключена во внешней трубе. Для увеличения поверхности теплообмена в одном аппарате элементы, образованные двумя трубами, соединяют последовательно с помощью изогнутых соединительных труб 3. Межтрубное пространство элементов сообщается через соединительные патрубки 4.

Теплообменники типа «труба в трубе» просты по конструкции и поддаются механической чистке, замена отдельных элементов несложная. Главное преимущество этих аппаратов состоит в том, что можно обеспечить оптимальные скорости движения теплоносителей, подбирая соответствующие диаметры труб.

Существенный недостаток аппаратов «труба в трубе» - значительные габариты, т.е. небольшая поверхность теплообмена в единице объёма аппарата.

В кожухотрубном теплообменном аппарате реализована та же идея, что и в аппарате «труба в трубе», но вместо одной трубы в наружную трубу большого диаметра помещён пучок труб. Кожухотрубные теплообменники характеризуются компактностью. В 1м3объёма аппарата поверхность теплопередачи может достигать 200м².

Поверхность теплообмена змеевиковых теплообменников образована трубчатым змеевиком, внутри которого пропускается горячий или холодный теплоноситель. Число витков змеевика ограничено значительными гидравлическими сопротивлениями, поэтому поверхность теплообмена змеевиковых аппаратов невелика, и используют их в аппаратах малой производительности.