2. Тепловой расчет теплообменных аппаратов

2.1. Основные расчетные уравнения

Различают два вида тепловых расчетов ТА − проектные (конструктивные) и поверочные[4].

Проектные тепловые расчеты проводят для определения площади поверхности теплообмена, схемы компоновки труб, размеров нового аппарата, гидравлических сопротивлений и энергозатрат на прокачивание теплоносителей через спроектированный аппарат.

Поверочные расчеты имеют целью определить конечные температуры теплоносителей, тепловую производительность готового ТА (известны конструкция и площадь поверхности теплообмена), его соответствие тепловому режиму при заданных расходах рабочих сред с известными начальными температурами.

При тепловом расчете теплообменных аппаратов основными расчетными уравнениями являются: уравнение теплового баланса и уравнение теплопередачи. Определим количество теплоты, выделяемое в ДВС за 1 секунду (1кВт = 1 кДж/с), так как мощность двигателя дана с учётом его КПД:

Из этой теплоты 5% идет на систему охлаждения

По итогам решения уравнения теплового баланса определяются массовые расходы теплоносителей, значений их концевых температур и производится предварительная компоновка поверхностей теплообмена, что необходимо для получения данных для решения уравнения теплопередачи;

• вычисляются определяющие температуры, необходимые для определения значений физических параметров;

• определяются значения характерных линейных размеров в соответствии с выбранной схемой компоновки ТА и условиями теплообмена;

• по итогам предварительной компоновки поверхности теплообмена определяются площади проходных сечений для движения теплоносителей и рассчитываются значения их скоростей движения.

2.2. Расчет концевых температур

В случае, если неизвестно значение одного из перепадов температур теплоносителей (Δt₁ или Δt₂), им следует задаться. При этом необходимо учитывать, что при увеличении температурного перепада уменьшается массовый расход. Последнее влечет за собой в конечном итоге возрастание размеров теплообменного аппарата.

После решения уравнения теплового баланса определяются средние температуры теплоносителей, ºС:

= 0,5(79+71) = 75 ºС

= 0,5(19+27) = 23 ºС

и температура стенки, ºС:

= 49 ºС

− температуры теплоотдающего теплоносителя (ТОТ) соответственно на входе в ТА и на выходе из него, ºС;

− то же для тепловоспринимающего теплоносителя (ТВТ), ⁰С.

2.3. Предварительная компоновка поверхностей нагрева

Следующим этапом работы является предварительная компоновка ТА, тип которой (коробчатый, кожухотрубный, секционный, змеевиковый и т.п.) задается преподавателем или выбирается студентом самостоятельно. Затем выбираются направления тока теплоносителей, при этом необходимо учитывать следующее: внутри труб легче достигается повышенная скорость, и поэтому в «жидкостно-жидкостных» ТА теплоноситель с меньшим коэффициентом теплоотдачи или малым расходом лучше направлять в трубное пространство;

Предпочтительнее направить охлаждаемый теплоноситель в межтрубное пространство, так как за счет отдачи теплоты в окружающую среду можно уменьшить расход охлаждающего теплоносителя.

Если по технологическим, конструктивным или компоновочным соображениям направить теплоносители противотоком невозможно, необходимо стремиться к многократному перекрестному току с обменом теплотой на общем противоточном принципе. Направление тока теплоносителей не имеет существенного значения в теплообменниках с изменением агрегатного состояния хотя бы одного из них.

При компоновки был выбран кожухотрубный тип теплообменного аппарата.

Материал трубы - медно-никелевого сплава (мельхиора) МНЖ Мц 30-1-1

Теплообменный аппарат с выбором схемы движения теплоносителей- противоток.