Учебное пособие 800622

возд (St G cp )возд 0, 00935 97500 0, 251 229ккал / м3 ч град.

От газа к воздуху

газ (St G cp )газ 0, 00585 50100 0, 260 76,1ккал / м3 ч град.

7. Эффективность (КПД) оребрения

Определение эффективности оребрения р производится по графику на рис. 1.1. Предварительно должен быть вы-

Сторона воздуха. Величина h , входящая в безразмерный комплекс, соответствует половине расстояния между пластинами, т.е. h 0,5 6,3510 3 м. Кроме того,

yb 0,5 0,5 0,15 10 3 м и 16,5ккал/м·ч·град; тогда:

И по тому же графику ( р )газ 0,85 .

Заметим, что эффективность оребрения на стороне газа выше, так как при прочих равных условиях (h, , yb ) коэффи-

50

циент теплоотдачи на стороне газа ниже, а следовательно, меньше и температурный градиент в ребре.

8. Эффективность (КПД) всей поверхности на каждой из сторон теплообменника

Определяется по уравнению (1.3):

А

0 1 Ар (1 р ) .

Сторона воздуха:

(0 )возд 1 0, 64(1 0, 65) 0, 776 .

Сторона газа:

(0 )возд 1 0, 756(1 0,85) 0,887 .

Значения ( Ар / А)возд 0, 64 и ( Ар / А)газ 0, 756 приведены в пункте 1.

9. Общий коэффициент теплопередачи

Пренебрегая термическим сопротивлением разграничивающих стенок и относя общий коэффициент теплопередачи к поверхности, омываемой воздухом, на основании уравнения (1.2б, ч. 1) получим:

Квозд 62, 6 ккал/м2∙ч∙град.

Из выполненного расчета так же следует, что термическое сопротивление на стороне воздуха составляет ≈ 35 %, а на стороне газа ≈ 65 % общего сопротивления теплопередаче.

10. Число единиц переноса тепла N и эффективность ε теплообменника

Значения водяных эквивалентов определяются по уравнению (1.11, ч. 1):

для воздуха

Свозд (Wcp )возд 90000 0, 251 22600 ккал/ч∙град;

для газа

Свозд (Wcp )газ 91500 0, 260 23800 ккал/ч∙град.

Таким образом,

Смин Свозд 22600 ккал/ч∙град; Смакс Сгаз 23800 ккал/ч∙град;

Смин Свозд 22600 0,95 .

Смакс Сгаз 23800

По уравнению (1.14, ч. 1)

Nмакс Авозд Квозд 1490 62, 6 4,14 . Смин 22600

52

По графику рис. 1.9 для перекрестного тока по известным N 4,14 и Смин Смакс 0,95 находим 0, 74 , или 74 %, что близко к тому значению, которое было принято при оценке физических свойств теплоносителей ( 0, 75 , см. выше).

Температура каждого из теплоносителей на выходе из теплообменника определяется по уравнению (1.12, ч.1), которое в данном случае принимает следующую форму:

Таким образом, эффективность теплообменника в заданных условиях составляет 0, 74 , или 74 %.

11. Потеря напора

Полная потеря напора определяется по уравнению (1.32, ч.1); для выражения потери напора в долях полного располагаемого напора обе части уравнения разделим на p1 (давление

на входе):

По графику на рис. 1.22, ч. 1 установим приближенные значения коэффициентов kc и k р , характеризующих потери на

53

входе в теплообменник и выходе из него. Коэффициенты kc и k р определяются в функции и Re . Значения их таковы:

0, 00444, или 0,444 %.

р возд 0, 00444 р1 возд 0, 00444 9, 2 104 390 кг/м2,

или 390 мм вод. ст.

Потеря напора на стороне газа

0, 0304, или 3,04 %;

р газ 0, 0304 р1 газ 0, 0304 1, 05 104 319 кг/м2, или

319 мм вод. ст.

Приведенный пример иллюстрирует методику расчета пластинчатых теплообменников и способ использования той информации, которая содержится в таблицах и графиках, характеризующих различные типы развитых поверхностей. Следует иметь в виду, что в реальных теплообменниках существуют дополнительные термические сопротивления, обусловленные загрязнениями поверхности теплоотдачи, а также дополнительные потери напора в коллекторных крышках и в результате несовершенного распределения потоков по сечению; последнее обстоятельство сопряжено также со снижением эффективности и несколько подробнее рассматривается ниже. Выбор типов оребренной поверхности случаен и не отвечает оптимальным условиям и конструкции. Наконец, в выполненном расчете эффективность оребрения на стороне воз-

духа была найдена равной р возд роятность некоторых ошибок: при эффективности менее 0,80

возможность применения обычного метода расчета теплоотдачи в длинных каналах с развитой поверхностью до некоторой степени сомнительна.

1.4. Теплоотдача и потеря напора для пластинчатых теплообменников других типов

Помимо описанных типов пластинчатых теплообменников, известны и другие формы поверхности; на некоторых наиболее интересных из них мы остановимся более детально.

Антуфьевым была предложена оригинальная конструкция пластинчатого теплообменника для газотурбинных уста-

55

новок, исследование которой выявило достаточно высокую её эффективность.

Теплообменник собирается из металлических листов (обычно стальных), на поверхности которых выштампованы овалообразные выступы, как это показано на рис. 1.51. В продольном разрезе (разрез по Б-Б на рис. 1.51) лист имеет прерывистый контур,состоящий из прямых участков длиной tс шагом s2 изакругленных впадин размером s2 t .

В поперечном разрезе (разрез по А-А на рис. 1.51) лист имеет волнообразный профиль. Крайние ряды выступов отстоят от кромок листа на расстояниях, отличающихся на s1 / 2 .

Два листа, сложенные вместе по плоскости д с совмещением кромки I одного листа с кромкой IIдругого образуют элемент с волнообразным каналом В. При совмещении выступами б двух элементов с волнообразными каналами образуются двуугольные каналы Д, расположенные перпендикулярно первым.

Рис. 1.52 показывает порядок сборки такого теплообменника и некоторые детали его конструкции. Края пакета со стороны входа и выхода продуктов сгорания образуют зубчатую линию, по конфигурации которой выполняется специальная гребенка А, АО по двум другим сторонам пакет окантовывают планки Б; гребенки и планки соединяются с пакетом на сварке: к образовавшимся прямоугольным рамкам привариваются короба, к которым присоединяются газоходы.

Боковые усилия, возникающие под влиянием внутреннего давления, воспринимаются прочными боковыми стенками: пакет зажимается между ними с помощью стяжных болтов

(рис. 1.53).

Пластинчатые теплообменники описанной конструкции при размере листов 200×350 мм выдерживают давление по 15 ати, а при размере листов 760×900 – до 4 ати. Влияние высоких температур не снижает прочности сварных швов.

56

Рис. 1.51. Профильный лист с овалообразными выступами [4]

Рис. 1.52. Сборка пакета из листов [4]

На основании выполненных исследований установлены эмпирические соотношения, описывающие теплоотдачу и споротивление в теплообменнике. Для волнообразных каналов

57

причем в качестве определяющего линейного размера принят поперечный размер двуугольного канала d (рис. 1.54).

Рис. 1.53. Теплообменник из листов с овалообразными выступами [4]

Потеря напора в волнообразном канале

где - плотность газа;

s1 - шаг между трубными элементами (рис. 1.54);

s - ширина волнообразного канала (рис. 1.54); n - число двуугольных трубок по ходу газа;

58

t1, t2 - температура воздуха на входе в пакет и выходе

из него, ºС;

T tср 273 - абсолютная средняя температура пото-

ка, К.

Рис. 1.54. Система каналов в пластинчатом теплообменнике [4]

Уравнения (1.12) и (1.13) справедливы в области значе-

ний:

s1 d 2,85; s1 s 6 13,3;

Re 10 60 103.

Для пакета с овалообразными выступами

где в качестве определяющего линейного размера принят эквивалентный диаметр dэ , вычисленный по сечению канала

двуугольной формы; s1 и s2 - см. рис. 1.51.

59