Расчетная часть
Прежде, чем приступить к самому расчету, необходимо подготовить исходные и справочные данные. Справочные данные берутся по средней температуре ТН в ТА.
В процессе расчета мы будем использовать dэкв - это пространство между внешним диаметром малой трубы (стенка соприкосновения 2-х теплоносителей) и внутренним диаметром большой трубы (кожуха). Поэтому расчищаем его сразу и закрепим за холодным теплоносителем (ХТН):
Чтобы не запутаться используем сразу систему СИ и переведем в неё все справочные данные.
Таблица 3. Исходные данные (горячего ТН) |
|||||||
Наименование |
|
Ед изм |
Значения |
||||
Движение потоков |
|
|
противоток |
||||
Длинна одной секции |
l |
м |
1,75 |
||||
Материал ТО |
|
|
Сталь нержавеющая |
||||
Теплопроводность Стали 10 при tср |
|
Вт/(м*К) |
45 |
||||
Внутр труба |
d1 |
м |
0,03 |
||||
Внутр труба |
D1 |
м |
0,04 |
||||
Горячий ТН |
|
|
МС-20 |
||||
Расход ГТН |
Gг |
кг/с |
6 |
||||
Температура вх ГТН |
tг1 |
℃ |
95 |
||||
Температура вых ГТН |
tг2 |
℃ |
75 |
||||
Таблица 4. Исходные данные (холодного ТН) |
|
||||||
Наименование |
|
Ед изм |
Значения |
|
|||
Внеш труба |
d2 |
м |
0,05 |
|
|||
Эквивалентный диаметр |
dэ |
м |
0,013 |
|
|||
Холодный ТН |
|
|
Вода |
|
|||
Расход ХТН |
Gх |
кг/с |
8 |
|
|||
Температура вх ХТН |
tх1 |
℃ |
3 |
|
|||
Таблица 5. Справочные данные (горячего ТН) |
|||||
Наименование |
|
Ед изм |
Значения |
80 |
90 |
Теплоемкость при 85 |
Срг |
кДж/(кг*К) |
** Expression is faulty ** |
2,227 |
2,261 |
Плотнось |
𝜌г |
кг/м3 |
** Expression is faulty ** |
858,3 |
852,7 |
Кинемат вязкость |
𝜈г |
м2/сек |
** Expression is faulty ** |
0 |
0 |
Теплопроводность |
𝜆г |
Вт/(м*К) |
** Expression is faulty ** |
0 |
0 |
Критерий Прандтля |
Prг |
б/р |
** Expression is faulty ** |
588 |
420 |
Дальше следует найти количество теплоты, отданное горячей водой. Учитываем, что значением теплоемкости стоит брать по средней температуре:
Таблица
6. Справочные данные (холодного ТН)
Наименование
Ед
изм
Значения
0
10
Теплоемкость
при 3
Срх
кДж/(кг*К)
4,2057
4,212
4,191
Теплоемкость
при 7
Срх
кДж/(кг*К)
4,1973
4,212
4,191
Плотнось
𝜌х
кг/м3
999,76
999,9
999,7
Кинемат
вязкость
𝜈х
м2/сек
0,0000014509
0
0
Теплопроводность
𝜆х
Вт/(м*К)
0,5725
0
0
Критерий
Прандтля
Prх
б/р
10,714
13,5
9,52
Так как нам известны температуры входа и выхода ХТН найдем его среднее значение и запишем справочные данные:
Для проверки выбранной температуры проведем обратное вычисление и найдем теплоту через холодный теплоноситель. Сейчас берем теплоемкость по средней температуре = 7℃:
Погрешность менее одного процента - продолжаем вести расчет.
Для определения поверхности теплообмена по уравнению 17 нам потребуется 3 значения одно из которых нам уже известно - количество теплоты Q, которая передается от одного ТН к другому. Осталось найти Среднюю разность температур между ТН 𝛉m и коэффициент теплопередачи для плоской стенки k.
Начнем с коэффициента теплопередачи. Для начала расчищаем скорость ТН:
Находим число Рейнольдса и определяем режим течения:
- переходный режим
- турбулентный
режим
Определяем среднюю температуру двух теплоносителей:
После Числа Рейнольдса, находим недостающие коэффициенты из таблиц 1 и 2 для формул 6 и 8 и подставляем их в уравнения:
После Числа Нуссельта находим коэффициент теплоотдачи:
Перед определение коэффициента теплопередачи найдем термическое сопротивление стенки трубы:
Находим коэффициент теплопередачи:
Таблица 7. Вычисления (горячего ТН) |
|||
Наименование |
|
Ед изм |
Значения |
Кол-во передаваемого тепла ГТН |
Qг |
кВт |
269,280 |
Ср температура ГТН |
tсрг |
℃ |
85 |
Скорость движения ГТН |
𝜔г |
м/сек |
8,72 |
Число Рейнольдса для ГТН |
Reг |
б/р |
8 367 |
Вывод из числа Re |
|
|
Переходный |
Коэф |
С |
б/р |
28 |
Коэф |
y |
б/р |
0,43 |
Число Прандтля с инд С при 46℃ |
Prc |
б/р |
2864 |
Коэф |
ℇl |
б/р |
1,03 |
Число Нуссельта |
Nu |
б/р |
271,27 |
Коэф теплоотдачи |
a1 |
Вт/(м2*К) |
1072,37 |
Таблица 8. Вычисления (холодного ТН) |
|||
Наименование |
|
Ед изм |
Значения |
Температура ХТН на выходе |
tх2 |
℃ |
11 |
Кол-во передаваемого тепла ХТН |
Qх |
кВт |
269,280 |
Ср температура ХТН |
tсрх |
℃ |
7 |
Скорость движения ХТН |
𝜔х |
м/сек |
9,44 |
Число Рейнольдса для ХТН |
Reх |
б/р |
84 604 |
Вывод из числа Re |
|
|
Турбулентный |
Коэф |
С |
б/р |
0,021 |
Коэф |
j |
б/р |
0,8 |
Коэф |
y |
б/р |
0,43 |
Число Прандтля с инд С при 46℃ |
Prc |
б/р |
3,85 |
Коэф |
ℇl |
б/р |
1,02 |
Число Нуссельта |
Nu |
б/р |
671,10 |
Коэф теплоотдачи |
a2 |
Вт/(м2*К) |
29554,32 |
Заключительным показателем, перед определением площади теплообмена, будет разность температур. Так как у меня в условии Противоток. Расчет произвожу в следующей последовательности:
Определяем площадь теплообмена нашего будущего ТА:
Находим число секций:
После нахождения количества секций округляем в большую сторону до целых чисел.
Таблица 9. Вычисления общие |
|||
Наименование |
|
Ед изм |
Значения |
Температура стенки ТА |
𝛥tст |
℃ |
46 |
Термическое сопротивление стенки трубы |
∑𝛿/𝜆 |
Вт/(м2*К) |
0,0000667 |
Коэф теплопередачи для плоской стенки |
kp |
|
968,04 |
Разности температур для противотока |
𝛉1 |
℃ |
20 |
Разности температур для противотока |
𝛉2 |
℃ |
8 |
Разности температур для противотока |
𝛉m |
℃ |
13 |
Площадь теплообмена |
F |
м2 |
24,78 |
Выбираем кол-во секций |
n |
шт |
121 |