2.2. Пластинчатый водоподогреватель

Наличие в щелевидных каналах пластинчатых подогревателей, образо­ванных пластинами с гофрами, большого числа близко расположенных пово­ротов приводит к эффективной искусственной турбулизации потоков воды. На значение критического числа Рейнольдса влияют форма поверхности теплообмена, форма канала, а также источники искусственной турбулизации потоков.

При движении воды в круглой трубе в условиях стабилизированного потока область переходного режима лежит в пределах 2300 < Re < 10000. В извилистых каналах пластинчатых водоподогрёвателей переход к турбу­лентному режиму происходит при Re = 200 – 500.

Учитывая исключительную сложность гидромеханических и тепловых явлений в непрерывно меняющемся турбулентном потоке вода в каналах пластинчатых подогревателей, задачу о теплоотдаче решают не аналитически, а экспериментально в форме связи между критериями подобия.

Институтом УКРНИИхиммаш на основе эксперимента получены зависимости для теплового расчета пластинчатых подогревателей всех типов, выпускаемых в настоящее время промышленностью. Так, для пластины типа 0,5 Е (см. рис. 2) при турбулентном движении воды получена следующая связь между критериями подобия:

(2.14)

В критерии введены обозначения:

- определяющий размер, м;

- коэффициент теплопроводности, Вт/(м*К);

- коэффициент кинематической вязкости, м²/с;

- коэффициент объемного расширения, 1/К;

- коэффициент температуропроводности, м²/с;

- температурный напор (перепад) между стенкой и жидкостью;

- скорость течения теплоносителя, м/с;

- ускорение свободного падения тела, м/с²;

- средняя массовая теплоемкость, кДж/(кг*К);

- плотность, кг/м³;

- коэффициент, определяемый по величине критерия Рейнольдса.

При движении теплоносителя в трубах круглого сечения определяющим линейным размером является внутренний диаметр трубы .

Для каналов любого сечения ,

где

- площадь поперечного канала сечения, м²;

- смоченный периметр сечения, м.

При течении теплоносителя в межтрубном пространстве вдоль пучка труб, расположенных в кожухе аппарата, эквивалентный диаметр равен:

Для выполнения проверочного расчета теплообменника используются следующие дополнительные соотношения:

1. для прямотока:

- конечная температура горячего теплоносителя

- конечная температура холодного теплоносителя

2. аналогично для противотока:

Для определения функций П и Z составлены графики и таблицы .

После определения конечных температур тепловой поток рассчитывается по уравнению (2.1) или (2.2).

3. Задание

В одноходовом кожухотрубном скоростном водоподогревателе горячий теплоноситель движется в межтрубном пространстве и охлаждается от температуры до .

Внутренний диаметр кожуха аппарата . Холодный теплоноситель движется внутри латунных трубок, наружный диаметр которых , а внутренний . Холодный теплоноситель нагревается от до .

Число латунных трубок в теплообменнике n = …. Трубки теплообменника с внутренней стороны покрыты отложениями (накипью) толщиной . Тепловая мощность, вносимая в аппарат горячим теплоносителем, . Потери теплоты в окружающую среду составляют 5%.

Определить поверхность нагрева F и число секций N теплообменника. Длина секции .

Расчет произвести для прямоточного и противоточного направлений движения теплоносителей, а также при наличии накипи на трубах и при её отсутствии.

Известно также…

Холодный теплоноситель - вода;

Горячий теплоноситель – вода;

;

;

;

.

П р и м е ч а н и е. Исходные данные варианта домашнего задания для студентов дневной и заочной формы обучения берутся по последним двум цифрам номера зачетной книжки из таблицы 4.1 или выдаются преподавателем.

Исходные данные домашнего задания «Типовой расчет теплообменного аппарата» для специальности