ЛР / ЛР4 Интенсификация теплообмена в теплообменном аппарате / Расчет
.pdf
ЛР2. Теплопередача в однофазном теплообменнике типа «труба в трубе» (вода-вода)
Исходные данные |
|
|
|
|
|
|
|
|
Формулы |
Внутренний диаметр трубы |
d1 |
м |
0,022 |
|
|
|
|
|
|
Наружный диаметр трубы |
d2 |
м |
0,024 |
|
|
|
|
|
|
Диаметр кожуха |
D |
м |
0,04 |
|
|
|
|
|
|
Эквивалентный диаметр кольцевого канала |
dэкв |
м |
0,016 |
|
|
|
|
|
|
Длинна трубы |
l |
м |
5 |
|
|
|
|
|
|
Площадь сечения трубы |
f1 |
м2 |
0,00038 |
|
|
|
|
|
|
Площадь сечения кольцевого канала |
f2 |
м2 |
0,000804 |
|
|
|
|
|
|
Площадь поверхности ТА |
Fн |
м2 |
0,377 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Табл 2. Опытные данные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
перепад давления, Па |
Показания милливольтметра, мВ |
|
|
|||||
|
гор |
хол |
гор |
|
хол |
|
|
||
|
Pг |
Pх |
вх |
|
вых |
вх |
|
вых |
|
прямоток |
2000 |
3500 |
6,92 |
|
5,65 |
1 |
|
1,97 |
|
противоток |
2000 |
3500 |
6,92 |
|
5,63 |
1 |
|
1,98 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Табл 3. Параметры гор и хол воздуха (см. П1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
перепад давления, кг/сек |
|
|
Температура, |
|
|
|||
|
гор |
хол |
гор |
|
хол |
|
|
||
|
G1 |
G2 |
Вх t1 |
|
Вых t2 |
Вх T1 |
|
Вых T2 |
|
прямоток |
1,43 |
1,72 |
101,0 |
|
83,4 |
15,5 |
|
30,2 |
|
противоток |
1,43 |
1,72 |
101,0 |
|
83,1 |
15,5 |
|
30,4 |
|
|
cр знач |
прямоток |
92,2 |
|
прямоток |
22,9 |
|
|
|
|
|
противоток |
92,1 |
|
противоток |
23,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Табл 4. Теплофизические свойства воздуха (см. П4) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Cpm, Дж/(кг*К) |
, кг/м3 |
, м2/с |
|
, Вт/(м*К) |
Pr |
|
|
|
гор |
4208 |
965,3 |
0,00000031933 |
|
0,6806 |
1,907 |
|
|
|
хол |
4183 |
998,2 |
0,00000094670 |
|
0,6046 |
6,548 |
|
|
|
Для Prc прямотока |
4181 |
978,9 |
0,0000004273 |
|
0,6608 |
2,63 |
для проверки |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для Prc противотока |
4180 |
978,3 |
0,0000004207 |
|
0,6598 |
2,59 |
для проверки |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вычисляем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Табл 5. Опытные данные испытания теплообменника |
|
|
прямоток |
|
противоток |
|
|
|
|
тепл поток гор |
Q1 |
кВт |
106,439 |
|
108,110 |
|
|
|
|
тепл поток хол |
Q2 |
кВт |
105,488 |
|
106,564 |
|
|
|
|
относительные потери теплоты |
|
|
99,1 |
|
98,6 |
|
|
|
|
Разности температур |
1 |
|
85,5 |
|
70,7 |
|
|
|
|
Разности температур |
2 |
|
53,1 |
|
67,6 |
|
|
|
|
Средняя разность температур |
m |
|
68,0 |
|
69,1 |
|
|
|
|
Опытное значение коэф теплопередачи |
kоп |
Вт/(м2*К) |
4149 |
|
4150 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Определение расчетного коэф теплопередачи |
|
|
прямоток |
|
противоток |
|
|
|
|
Скорость гор воздуха |
w1 |
м/с |
3,90 |
|
3,90 |
|
|
|
|
Скорость хол воздуха |
w2 |
м/с |
2,14 |
|
2,14 |
|
|
|
|
Число Рейнольдса для гор воздуха |
Reг |
|
268685 |
|
268685 |
Турбулентный |
|
|
|
Число Рейнольдса для хол воздуха |
Reх |
|
36119 |
|
36119 |
Турбулентный |
|
|
|
|
Prc |
|
2,6463 |
|
2,6069 |
|
|
|
|
Число Нуссельта для гор воздуха |
Nuг |
|
563 |
|
565 |
|
|
|
|
Число Нуссельта для хол воздуха |
Nuх |
|
262 |
|
263 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Табл 6. Расчетные данные испытания теплообменника |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэф теплопередачи от гор > стенке ТА |
а1 |
Вт/(м2*К) |
17422 |
|
17487 |
|
|
|
|
Коэф теплопередачи от стенке ТА > хол |
а2 |
Вт/(м2*К) |
9887 |
|
9924 |
|
|
|
|
Проверка плотностей потоков гор > стенке ТА |
|
Вт/м2 |
420857 |
|
401593 |
|
|
|
|
Проверка плотностей потоков стенке ТА > хол |
|
Вт/м2 |
446572 |
|
457958 |
|
|
|
|
Ошибка в прогнозе |
|
Вт/м2 |
25715 |
|
56365 |
по модулю |
|
|
|
Суммарное удельное терм сопротивление стальной стенки |
|
(м2*К)/Вт |
0,00005 |
|
|
|
|
||
Расчетное значение коэф теплопередачи |
kрасч |
Вт/(м2*К) |
4795 |
|
4809 |
|
|
|
|
Отличия опытного и расчетного коэф теплопередачи |
|
% |
15,57 |
|
15,87 |
|
|
|
|
Водяные эквиваленты гор |
W1 |
Вт/К |
6022 |
|
|
|
|
||
Водяные эквиваленты хол |
W2 |
Вт/К |
7177 |
|
|
|
|
||
Величина обратная приведенному водяному эквиваленту |
1/Wm |
К/Вт |
0,0003054 |
|
|
|
|
||
Расчетное знач теплового потока |
Q |
Вт |
0,05223 |
|
0,04316 |
|
|
|
|
Расчетная температура гор воздуха на вых |
t2p |
|
101,0 |
|
101,0 |
|
|
|
|
Расчетная температура хол воздуха на вых |
T2p |
|
15,5 |
|
15,5 |
|
|
|
|
Инструкция
ввести самому общий расчет
нет данных подозрительные числа
Исх данные
Наименование |
обозн |
ед изм |
значение |
Внутренний диаметр трубы |
d1 |
м |
0,022 |
Наружный диаметр трубы |
d2 |
м |
0,024 |
Диаметр кожуха |
D |
м |
0,035 |
Эквивалентный диаметр кольцевого канала |
dэкв |
м |
0,011 |
Длинна трубы |
l |
м |
5 |
Площадь сечения трубы |
f1 |
м2 |
0,00038 |
Площадь сечения кольцевого канала |
f2 |
м2 |
0,000510 |
Площадь поверхности ТА |
Fн |
м2 |
0,377 |
Дополнительные данные
Наименование |
обозн |
ед изм |
значение |
Характеристическая газовая постоянная |
R |
Дж/(кг*К) |
287 |
Опытные данные
|
перепад давления, Па |
|
Показания милливольтметра, мВ |
|
|||||
|
гор |
|
|
хол |
гор |
|
хол |
||
|
Pг |
|
Pг |
Рх |
Pх |
вх |
вых |
вх |
вых |
прямоток |
|
40000 |
1000 |
50000 |
2500 |
6,92 |
2,57 |
1 |
2,53 |
противоток |
|
40000 |
1000 |
50000 |
2500 |
6,92 |
1,36 |
1 |
2,96 |
Параметры гор и хол воздуха
|
Массовый расход, кг/с |
Температура, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
гор |
|
хол |
|
гор |
хол |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
G1 |
|
G2 |
t1 |
|
t2 |
T1 |
|
T2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
прямоток |
|
0,01704 |
0,03175 |
|
101,0 |
39,2 |
15,5 |
38,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
противоток |
|
0,01704 |
0,03175 |
|
101,0 |
21,0 |
15,5 |
44,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Исходные данные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Формулы |
|
|
|
|
Внутренний диаметр трубы |
|
|
|
d1 |
м |
0,022 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
Наружный диаметр трубы |
|
|
|
d2 |
м |
0,024 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
Диаметр кожуха |
|
|
|
D |
м |
0,035 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
Эквивалентный диаметр кольцевого канала |
|
|
dэкв |
м |
0,011 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
Длинна трубы |
|
|
|
l |
м |
5 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
Площадь сечения трубы |
|
|
|
f1 |
м2 |
0,00038 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Площадь сечения кольцевого канала |
|
|
|
f2 |
м2 |
0,000510 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
Площадь поверхности ТА |
|
|
|
Fн |
м2 |
0,377 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Табл 2. Опытные данные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
перепад давления, Па |
Показания милливольтметра, мВ |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гор |
хол |
гор |
|
хол |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Рг/ Pг |
Рх/ Pх |
вх |
|
вых |
вх |
|
вых |
|
|||
|
|
|
|
|
прямоток |
|
40000/1000 |
50000/2500 |
6,92 |
|
2,57 |
1 |
|
2,53 |
|
||||
|
|
|
|
противоток |
|
40000/1000 |
50000/2500 |
6,92 |
|
1,36 |
1 |
|
2,96 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Табл 3. Параметры гор и хол воздуха (см. П1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
перепад давления, кг/сек |
|
|
Температура, |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гор |
хол |
гор |
|
хол |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G1 |
G2 |
Вх t1 |
|
Вых t2 |
Вх T1 |
|
Вых T2 |
|
||
|
|
|
|
|
прямоток |
|
|
0,017 |
0,032 |
101,0 |
|
39,2 |
15,5 |
|
38,6 |
|
|||
|
|
|
|
противоток |
|
|
0,017 |
0,032 |
101,0 |
|
21,0 |
15,5 |
|
44,9 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
cр знач |
прямоток |
70,1 |
|
прямоток |
27,1 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
противоток |
61,0 |
|
противоток |
30,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Табл 4. Теплофизические свойства воздуха (см. П4) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
Cpm, Дж/(кг*К) |
, кг/м3 |
, м2/с |
|
, Вт/(м*К) |
Pr |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
гор |
|
|
1,005 |
1,06 |
0,0000272 |
|
0,0290 |
0,696 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
хол |
|
|
1,005 |
1,165 |
0,0000229 |
|
0,0267 |
0,701 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вычисляем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Табл 5. Опытные данные испытания теплообменника |
|
|
|
|
|
|
прямоток |
|
противоток |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
тепл поток гор |
|
|
Q1 |
кВт |
0,001060 |
|
0,001371 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
тепл поток хол |
|
|
Q2 |
кВт |
0,000736 |
|
0,000938 |
|
|
|
|
||||
|
|
относительные потери теплоты |
|
|
|
|
|
69,4 |
|
68,5 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
Разности температур |
|
|
|
1 |
|
85,5 |
|
56,1 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
Разности температур |
|
|
|
2 |
|
0,6 |
|
5,5 |
|
|
|
|
||||
|
|
Средняя разность температур |
|
|
m |
|
17,1 |
|
21,8 |
|
|
|
|
||||||
|
Опытное значение коэф теплопередачи |
|
|
kоп |
Вт/(м2*К) |
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Определение расчетного коэф теплопередачи |
|
|
|
|
|
|
|
|
прямоток |
|
противоток |
|
|
|
|
||||
|
|
|
Скорость гор воздуха |
|
|
w1 |
м/с |
42,29 |
|
42,29 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
Скорость хол воздуха |
|
|
w2 |
м/с |
53,47 |
|
53,47 |
|
|
|
|
|||||
|
|
Число Рейнольдса для гор воздуха |
|
|
Reг |
|
34208 |
|
34208 |
Турбулентный |
|
|
|||||||
|
|
Число Рейнольдса для хол воздуха |
|
|
Reх |
|
25687 |
|
25687 |
Турбулентный |
|
|
|||||||
|
|
Число Нуссельта для гор воздуха |
|
|
Nuг |
|
76 |
|
76 |
|
|
|
|
||||||
|
|
Число Нуссельта для хол воздуха |
|
|
Nuх |
|
61 |
|
61 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Табл 6. Расчетные данные испытания теплообменника |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Коэф теплопередачи от гор > стенке ТА |
|
|
|
а1 |
Вт/(м2*К) |
100 |
|
100 |
|
|
|
|
||||||
|
Коэф теплопередачи от стенке ТА > хол |
|
|
|
а2 |
Вт/(м2*К) |
147 |
|
147 |
|
|
|
|
||||||
|
Проверка плотностей потоков гор > стенке ТА |
|
|
|
|
|
Вт/м2 |
5325 |
|
3942 |
|
|
|
|
|||||
|
Проверка плотностей потоков стенке ТА > хол |
|
|
|
|
|
Вт/м2 |
1471 |
|
1247 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
Ошибка в прогнозе |
|
|
|
|
|
Вт/м2 |
3854 |
|
2695 |
по модулю |
|
|
|
||
Суммарное удельное терм сопротивление стальной стенки и |
|
|
|
|
|
(м2*К)/Вт |
0,00005 |
|
|
|
|
||||||||
|
Расчетное значение коэф теплопередачи |
|
kрасч |
Вт/(м2*К) |
60 |
|
60 |
|
|
|
|
||||||||
Отличия опытного и расчетного коэф теплопередачи |
|
|
|
|
|
% |
36102,50 |
|
35578,45 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
Воздушные эквиваленты гор |
|
|
W1 |
Вт/К |
0,01713 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
Воздушные эквиваленты хол |
|
|
W2 |
Вт/К |
0,03191 |
|
|
|
|
|||||||
Величина обратная приведенному воздушному эквиваленту |
|
1/Wm |
К/Вт |
89,7216763 |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
Расчетное знач теплового потока |
|
|
|
Q |
Вт |
0,05223 |
|
0,04316 |
|
|
|
|
|||||
|
Расчетная температура гор воздуха на вых |
|
|
t2p |
|
98,0 |
|
98,0 |
|
|
|
|
|||||||
|
Расчетная температура хол воздуха на вых |
|
|
T2p |
|
17,2 |
|
16,9 |
|
|
|
|
|||||||
Исх данные
Наименование |
обозн |
ед изм |
значение |
Внутренний диаметр трубы |
d1 |
м |
0,022 |
Наружный диаметр трубы |
d2 |
м |
0,024 |
Диаметр кожуха |
D |
м |
0,04 |
Эквивалентный диаметр кольцевого канала |
dэкв |
м |
0,016 |
Длинна трубы |
l |
м |
5 |
Площадь сечения трубы |
f1 |
м2 |
0,00038 |
Площадь сечения кольцевого канала |
f2 |
м2 |
0,000804 |
Площадь поверхности ТА |
Fн |
м2 |
0,377 |
Диаметр кольцевых диафрагм |
dд |
м |
0,018 |
Диаметр кольцевых каналов |
dк |
м |
0,022 |
Шаг кольцевых диафрагм |
S |
м |
0,024 |
Относительный шаг искусственной шероховатости |
s/h |
|
12 |
Опытные данные
|
перепад давления, Па |
Показания милливольтметра, мВ |
||||||
|
гор |
хол |
гор |
|
хол |
|
||
|
Pг |
Pх |
вх |
|
вых |
вх |
|
вых |
гладкая |
600 |
800 |
6,92 |
|
5,48 |
1,62 |
|
2,87 |
диафрагма |
600 |
800 |
6,92 |
|
4,83 |
1,62 |
|
3,44 |
Параметры гор и хол воды
|
Массовый расход, кг/с |
|
Температура, |
|
||||||
|
гор |
хол |
|
гор |
|
|
хол |
|
||
|
G1 |
G2 |
|
t1 |
|
t2 |
|
T1 |
|
T2 |
гладкая |
0,784 |
0,820 |
|
101,0 |
|
81,0 |
|
25,0 |
|
43,6 |
диафрагма |
0,784 |
0,820 |
|
101,0 |
|
71,9 |
|
25,0 |
|
52,0 |
|
|
Средние |
t |
|
|
86,5 |
T |
|
|
38,5 |
Теплофизические свойства воды
|
Cpm, Дж/(кг*К) |
, кг/м3 |
, м2/с |
, Вт/(м*К) |
Pr |
Гор |
4179 |
983,2 |
0,000000478 |
0,659 |
2,98 |
Хол |
4174 |
995,7 |
0,000000805 |
0,618 |
5,42 |
Для Prc гладкой |
4176,2 |
985,9 |
0,000000513 |
0,653 |
|
Для Prc диафрагмы |
4174 |
988,9 |
0,000000580 |
0,645 |
|
Опытные данные испытания теплообменника
Наименование |
обозн |
ед изм |
гладкая |
диафрагма |
Тепловой поток гор |
Qг |
кВт |
65,639 |
95,505 |
Тепловой поток хол |
Qх |
кВт |
63,853 |
92,425 |
Относительные потери |
|
|
0,973 |
0,968 |
Разности температур |
1 |
|
76,1 |
49,1 |
Разности температур |
2 |
|
37,4 |
46,9 |
Средняя разность температур (стенки трубы) |
ср |
|
54,5 |
48,0 |
Опытное значение коф теплопередачи |
kоп |
Вт/(м2*К) |
3196 |
5278 |
Расчетные данные испытания теплообменника
Наименование |
обозн |
ед изм |
гладкая |
диафрагма |
Скорость гор |
Wг |
м/с |
2,097 |
2,097 |
Скорость хол |
Wх |
м/с |
1,024 |
1,024 |
Число Рейнольдса гор |
Reг |
|
96526 |
96526 |
Число Рейнольдса хол |
Reх |
|
20359 |
20359 |
Число Прантля |
Prc |
|
3,23 |
3,71 |
Число Нуссельта гор |
Nuг |
|
319,86 |
309,14 |
Число Нуссельта хол |
Nuх |
|
138,32 |
133,69 |
Коэф теплоотдачи от гор воды к стенке |
a1 |
Вт/(м2*К) |
9581,25 |
9260,03 |
Коэф теплоотдачи от стенки к хол воде |
a2 |
Вт/(м2*К) |
5342,75 |
5163,63 |
Проверка допустимости прогноза |
|
|
220 987 |
306 882 |
Расч знач коф теплопередачи |
k расч |
Вт/(м2*К) |
2 928 |
2 844 |
Отличие опыта от расчета |
|
% |
8,4 |
46,1 |