1. Расчет подогревателя масла

1.1 Исходные данные

Количество подогреваемой вязкой жидкости: Gж = 20000 кг/ч

Температура вязкой жидкости на входе в подогреватель: t_ж1 = 10˚С

Температура вязкой жидкости на выходе из подогревателя: t_ж2 = 50˚С

Давление греющего пара: p₁ = 2,5 МПа

Марка жидкости: Т-46

1.2 Описание объекта

Подогреватели масла применяются при необходимости уменьшения вязкости масла, например перед его сепарированием или иногда при подготовке установки к вводу в действие. В судовых маслоподогревателях греющей средой служит пар или горячая вода. Это приводит к тому, что в деталях и узлах маслоподогревателей возникают значительные напряжения. Эти напряжения устраняются применением в конструкции изогнутых U-образных трубок. В основном конструкция маслоподогревателей мало отличается от конструкции кожухотрубных аппаратов с U-образными трубками. Возможно также применение аппаратов змеевикового типа.

Рис. 1. Подогреватель масла с U-образными трубками.

1.3 Методика теплового и гидравлического расчетов

Одним из основных вопросов при проектировании подогревателей вязких жидкостей является определение α_в от внутренней поверхности трубки к жидкости.

Для определения α_в приводятся различные формулы. По результатам обработки опытных данных, полученных при испытаниях флотских мазутов марок 12, 20 и топочного 40, составлено критериальное уравнение для мазутов:

для ; .

Критерий Нуссельта характеризует интенсивность теплообмена;

- коэффициент теплопроводности жидкости [Вт/м*К].

Критерий Пекле характеризует подобие тепловых потоков.

- температуропроводность [м²/с];

- коэффициент кинематической вязкости.

После преобразования уравнения получают расчётную зависимость для мазутов:

[Вт/м²*К]

где - [Вт/м*К]

С – теплоёмкость [Дж/кг*К]

- коэффициент динамической вязкости [Па*с]

- весовая скорость [кг/с*м²]; ;

- внутренний диаметр трубки [м];

- число трубок в одном ходе;

- гидравлический (эвивалентный) диаметр [м]; ; 4f – площадь сечения

Аналогично составлено критериальное уравнение для масел по результатам испытаний турбинных масел УТ и Т.

и

После преобразования уравнения получают расчётную зависимость для масел:

Все физические параметры вязкой жидкости определяют при средней температуре. Желательно, входящие в формулы величины определять опытным путём. На практике допустимы приближённые формулы.

Коэффициент теплопередачи определяют по зависимости:

[Вт/м²*К]

Для вязких жидкостей величинами и можно пренебречь, так как их абсолютные значения малы по сравнению с , т.е. принять .

Расчёт подогревателя для вязкой жидкости ведут для каждого отдельного хода (при этом - мала и средние можно определить точнее).

Затем находят среднее значение k_ср для всего подогревателя:

[Вт/м²*К].

где z –число ходов; - среднелогарифмическая разность температур.

Критерием правильности расчёта подогревателя может быть комплекс

,

где - средняя разность температур для каждого хода;

- на выходе данного входа; - на входе данного входа;

- разность температур двух сред в начале потока жидкости в рассматриваемом ходе; – в конце.

Отклонение этого критерия для каждого хода от средней арифметической величины всех значений для данного подогревателя должно находятся в пределах .

[м²].