3. Сравнительный расчет кожухотрубчатых теплообменников с гладкими трубами и трубами, ореберенными низкими радиальными ребрами

При расчете кожухотрубчатого теплообменника принимаются следующие допущения:

1. В любом поперечном сечении теплообменника температура теплоносителя, движущегося в межтрубном пространстве, является однородной (среднемассовой по сечению).

2. Площади поверхности теплообмена всех ходов равны.

3. Коэффициент теплопередачи постоянен.

4. Расходы обоих теплоносителей постоянны.

5. Удельная теплоемкость каждого теплоносителя постоянна.

6. Ни в одной части теплообменника не происходит фазовых превращений (испарения или конденсации).

7. Тепловые потери пренебрежимо малы.

3.1 Тепловой расчет

Тепловой баланс теплообменника кВт записывается в виде

(1)

где расход теплоносителя, кг/с

– удельная теплоемкость теплоносителя, кДж/кг;

– разность температур теплоносителей на входе и выходе, ^оС.

Удельную теплоемкость с, кДж/кг определяем из [3] или из Приложения 1 по средней температуре теплоносителя.

При нахождении теплового баланса погрешность расчета не должна превышать 5%. Погрешность рассчитывается по следующей формуле

(2)

Если погрешность не превышает 5 %, то тепловой баланс выполнен.

Температурный напор ^оС определяем по формуле

(3)

где – разность температур трансформаторного масла и воды на входе и выходе из аппарата, ^оС.

В качестве первого приближения принимают заданные температуры для теплообменника 1-2, т.е. в соответствие с рисунком 3.1.

Рисунок 3.1 – Поправочные коэффициенты к среднелогарифмическому температурному напору в теплообменниках 1-2.

(4)

(5)

где – температура трансформаторного масла на входе и выходе из теплообменника, ^оС;

– температура воды на входе и выходе из теплообменника, ^оС.

Среднелогарифмическую разность температур , ^оС для противотока по находим формуле

(6)

Отношение массовых расходных теплоёмкостей теплоносителей можно определить по формуле

(7)

Эффективность теплообменника определяется по формуле

(8)

Действительный температурный напор ^оС определяем по формуле

(9)

где – поправочный коэффициент для определения действительного температурного напора.

Поправочный коэффициент для определения действительного температурного напора определяется по рисунку 3.1.

Находим средние температуры теплоносителей ^оС и ^оС

(10)

(11)

где – коэффициент, определяющий среднюю (калориметрическую) температуру поток.

По рисунку 3.2 при разности температур и плотности API находим . При данном значении и найденных отношениях находим коэффициент .

^оAPI – принятая в нефтяной промышленности США шкала плотности нефтепродуктов в градусах API (Американского нефтяного института) соотносится с их относительной плотностью (по воде) при температуре 60 ^oF (15,56 ^oC) следующим образом:

Плотность в градусах API ^oAPI.

Рисунок 3.2 – Коэффициент , определяющий среднюю (калориметрическую) температуру потока

3.2 Расчет теплообменника с гладкими трубами

В первом приближении принимаем значение коэффициента теплопередачи Вт/(м²∙ ^оС).

Находим площадь поверхности теплообмена , м²

(12)

где – тепловая мощность теплообменника, Вт;

– коэффициент теплопередачи, Вт/(м²∙ ^оС);

– действительный температурный напор, ^оС.

Находим площадь наружной поверхности трубы на единицу длины , м²/м

(13)

где – наружный диаметр трубы, мм.

Необходимое число труб N находим по формуле:

(14)

где – длина труб теплообменника, м.

Затем выбираем ближайшую стандартную компоновку и схему расположения труб в трубном пучке теплообменного аппарата [1]

Рисунок 3.3 – Наиболее распространенные схемы размещения труб в трубном пучке теплообменника

а – по углам квадрата; б – по углам повернутого квадрата; в – по углам равностороннего треугольника; г – по углам треугольника с потоком, параллельным его основанию; д – по углам треугольника с потоком, параллельным его высоте

Находим действительную поверхность теплообмена м²

(15)

Скорректированное значение коэффициента теплопередачи находим по формуле (12)