2. Тепловой расчет

При выполнении поверочного расчета в нулевом (начальном) прибли- жении принимается, что температура теплоносителя на выходе из трубной полости равна температуре на входе в межтрубную полость:

t' '₁ t'₂ . (3.23)

Средняя температура теплоносителя в трубной полости равна:

t_1ср ( t'₁ t''₁ ) / 2 . (3.24)

^{По t}1ср

определяются теплофизические свойства теплоносителя при

средней температуре

C_p1 ,₁ ,₁

(см. приложение, таблица П.1, П.2, П.3, П.4,

П.5, П.6).

Потребная тепловая нагрузка в теплообменнике равна:

Q G₁ C_p1 ( t'₁ t' '₁ ) . (3.25)

В нулевом (начальном) приближении принимается, что температура те- плоносителя на выходе из межтрубной полости равна температуре теплоно-

сителя на входе в трубную полость

2 1

t^○' ' t '.

(3.26)

Вычисляем среднюю температуру теплоносителя в межтрубной полос-

ти:

2ср 2 2

t ( t ^о" t''

) / 2 . (3.27)

^{По t}2ср

определяем теплофизические свойства

C_{p 2} ,₂ ,₂

(см. приложе-

ние, таблица П.1, П.2, П.3, П.4, П.5, П.6).

Уточняем температуру теплоносителя на выходе из межтрубной полос-

ти:

t''₂ Q /( G₁ C_p1 ) t'₂ . (3.28)

Если выполняется условие:

2 2

( t '' t ^○'' ) 1,

(3.29)

2 2

то принимается t ^○' ' t ' '

и расчет повторяется с формулы (3.26).

Вычисляем водяные эквиваленты теплоносителей в трубной и межтруб- ной полостях:

W₁ G₁ C_p1 , W₂ G₂ C_{p 2} . (3.30)

Находим наименьшую и наибольшую из величин W₁

и W₂ .

Определяем отношение водяных эквивалентов:

R W_min / W_max . (3.31)

Произведем вычисление коэффициентов теплоотдачи. Массовые скорости теплоносителей равны:

( v )₁ G₁ /

f_c1 ; ( v )₂ G₂ /

f_c2 . (3.32)

Рассчитаем число Рейнольдса:

Re₁ ( v )₁ d_r1 / ₁ ;

Re₂ ( v )₂ d_{r 2} / ₂ ; (3.33)

число Прандтля:

Pr₁ ₁ C_p1 / ₁ ;

Pr₂ ₂ C_p2 / ₂ ; (3.34)

число Пекле для теплоносителей в трубной полости:

Pe₁ Pr₁Re₁ ; (3.35)

число Нуссельта в трубной полости:

1 1

1

Nu 0,021Re^0,8

_Pr 0,43

при

Re₁ 10 000 . (3.36)

1 1

1

Nu 0,021Re^0,8

_Pr 0,43 _

при

2 200 Re₁ 10 000 . (3.37)

где Re = 2 200, 2 300, 2 500, 3 000, 3 500, 4 000, 5 000, 6 000, 7 000, 8 000,

9 000;

φ = 0,22; 0,35; 0,45; 0,59; 0,7; 0,76; 0,86; 0,91; 0,96; 0,98; 0,99.

Если Re₁ < 2 200 и

Re

^dr1 12 , то

^Lтр

L

1

Nu 1,61(Re^dr1 )

тр

0,333

. (3.38)

Если число

Nu₁ получается меньше 3,66, то принимается

Nu₁ 3,66 .

Коэффициент теплоотдачи в трубной полости равен:

₁ Nu₁ λ₁ / d_r1 . (3.39)





1

x 2

Температуру стенки трубы вычисляем формулой:

1

^tст



^t2ср



○

2ср

t_ср

/ ^○

(3.40)

где

• α

  x 2

  в нулевом приближении задается равным 100

Вт /(м² К).

Число Нуссельта в межтрубной полости равно:

0,6

0,33 ^{⎛Pr2ср ⎞}

0,25

Nu₂ 0,22 Re₂

Pr₂

_⎜⎜ _⎟⎟

при

Re₂ 2 000 . (3.41)

⎝^Pr2ст ⎠

2 2

2

Nu 0,33 Re^0,6

_Pr 0,33

₍ ^Pr2ср ^Pr2ст

₎0,25

при

Re₂ 10 000 . (3.42)

При переходном режиме 2 000 < Re₂ < 10 000

Nu₂ (U ₂U₁ )(Re₂ 2 000) / 8 000 U₁ , (3.43)

где U

Pr

0,22 2 000^0,8 Pr^0,33 ^{⎜ 2сp ⎟}

0, 25

;

⎛ ⎞

1 2 _{⎜Pr ⎟}

⎝ ^2ст ⎠

^⎟.

⎛^Pr ⎞

2

2

U 0,33 10 000^0,6 Pr^0,33 _⎜^⎜

2cp

Pr ^⎟

⎝ 2ст ⎠

Коэффициент теплоотдачи в межтрубной полости вычисляем формулой:

₂ Nu₂ λ₂ / d_{г 2}

. (3.44)

Сравниваем полученное значение ^α₂

с ^α○ . Если разница превышает 10

x 2

x 2 2

Вт/(м² · К), то расчет повторяется с формулы (3.36) при

α^○ α _.

Коэффициент теплопередачи, отнесенный к поверхности на стороне те- плоносителя в трубной полости, равен:

К₁ 

1

1 _F_{1 }1

α₁ F₂ α₂

. (3.45)

Находим число единиц переноса теплоты:

NTU K₁ F₁ /W_{min ; (3.46)}

вспомогательную величину:

B exp(NTU R) . (3.47)

тепловую эффективность теплообменника:

η 1 exp((1B) / R) . (3.48)

Если теплоноситель с меньшим значением водяного эквивалента пере- мешивается в межтрубной полости, то

W_min W₂ ,

1/ R (1 expR (1 exp( NTU )). (3.49)

Если теплоноситель с меньшим значением водяного эквивалента не пе- ремешивается в трубной полости, то

W_min W₁ .

Тепловая нагрузка в теплообменнике равна:

Q W

(t ^' t^" ) η . (3.50)

min 1 2

Вычисляем температуру теплоносителя на выходе из трубной полости:

t

1 1

1

^" t^' Q / W . (3.51)

Если выполняется условие

t₁  t₁

I , то выполняется гидравлический

расчет. Если условие не выполняется, то расчет повторяется с формулы

(3.24).