3.Конструктивный расчет теплообменника

Конструктивный расчет сводится к определению основных размеров аппарата, он имеет особенности для каждого типа теплообменников.

Формула для расчета искомого диаметра патрубков для входа и выхода теплоносителей:

где ρ - плотность теплоносителя на входе или на выходе из аппарата, кг/ ;

u - скорость теплоносителя на входе или на выходе из аппарата, м/с.

Длина патрубков определяется:

Общая длина рабочей части внутренней трубы определяется из уравнения:

где F - поверхность нагрева, ;

- средний диаметр внутренней трубы, м.

Вычисляем длину рабочей части внутренней трубы:

Число секций аппарата:

4.Расчет тепловой изоляции теплообменника

После завершения теплового и конструктивного расчетов следует обосновать необходимость применения тепловой изоляции и решить вопрос о том, какую часть внешней поверхности корпуса теплообменника надо покрывать слоем изоляционного материала.

Условия, при которых нанесение тепловой изоляции не требуется:

• Необходимо учитывать требования техники безопасности: наружная стенка аппарата не должна иметь температуру выше 35÷40°С, а температура в цехе не должна намного отличаться от 20°С для обеспечения нормальных условий работы обслуживающего персонала.

• Надо сопоставить передаваемый тепловой поток Q с тепловым потоком , теряемым в окружающую среду неизолированной внешней поверхностью аппарата.

Расчет тепловых потерь производят по уравнению теплоотдачи:

где - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности аппарата к воздуху помещения, Вт/( град);

- площадь поверхности внешней трубы, ;

- температура наружной поверхности внешней трубы, °С (35°С);

- средняя температура воздуха в помещении цеха, °С (20°С).

Коэффициент теплоотдачи α3 от стенки к воздуху при его свободном движении рассчитывают по уравнению подобия.

По определению:

где g - ускорение силы тяжести;

l - характерный размер (l = Dиз);

∆t - разность между характерными температурами наружной изоляции и воздуха;

β - коэффициент объемного расширения жидкости;

ν - кинематическая вязкость.

Физические свойства воздуха выбирают по таблице П-3 при определяющей температуре, равной:

При = 30°C Pr = 0,701, ν = 16 · 10-6 /с.

Коэффициент объемного расширения равен:

Расчет ведем методом приближений. Задаемся толщиной изоляции в первом приближении: = 0,02 м.

Находим число Gr:

Произведение Gr · Pr попадает в интервал 5· ...2· , следовательно, с = 0,54 и n = 0,25.

Определяем число Nu:

Тогда

Коэффициент теплопередачи от горячей среды к воздуху цеха:

где - средний температурный напор между температурой теплоносителя внутри кольцевого зазора и температурой воздуха в цехе, °С.

Вычисляем коэффициент теплопередачи:

Определим толщину изоляционного слоя по формуле:

Подставим все значения в формулу с выбранным значением толщины слоя = 0,02 м.

В таблице П-5 наиболее близкое значение имеет войлок строительный (0,061). Подставим эти значения в формулу для вычисления толщины изоляции:

Погрешность составляет 4,75%, значит, материал подобран, верно.

Тогда допускаемые потери при наличии изоляции составляют:

где м

Вычисляем допускаемые потери: