iSswV45XbM

радиусом равным средней длине пути луча . Для газовых тел различной формы в Табл. 3 [5, С. 192] приводятся эти средние значения .

Необходимо учесть, что для водяного пара давление оказывает большее влияние, чем длина пути луча , поэтому найденное по номограмме значение нужно умножить на поправочный коэффициент β, зависящий в свою очередь от парциального давления пара (Приложение 24).

Контрольные вопросы самопроверки к 3-й главе

1.Перечислите основные задачи, решаемые при конструктивном тепловом расчете теплообменника и исходные условия для такого расчета.

2.Перечислите основные задачи, решаемые при поверочном тепловом расчете теплообменника и исходные условия для такого расчета.

3.Напишите уравнение теплового баланса между горячим и холодным теплоносителями, действующее в теплообменнике.

4.Напишите уравнение теплопередачи в теплообменнике и объясните, для чего оно служит.

5.От чего зависит величина коэффициента теплопередачи в теплообменнике?

30

6.Приведите характерные критериальные уравнения, используемые при определении коэффициента теплоотдачи в теплообменниках.

7.Что такое сложный теплообмен, и в каком случае при расчете теплообменника он учитывается?

8.Что такое среднелогарифмический температурный напор и как он рассчитывается?

9.Что такое степень черноты поверхности теплообмена?

10.Что такое степень черноты газа?

11.Как определяются температуры теплоносителей на выходе из теплообменника при прямотоке, противотоке и поперечном токе?

31

Глава 4. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ТЕПЛООБМЕННИКОВ

Проектирование теплообменников всегда связывается с определением мощности, необходимой для прокачки через аппарат обоих теплоносителей. А поскольку расчет мощности требует знания полного гидравлического сопротивления, то основной задачей гидромеханического расчета является определение потерь давления теплоносителей. Мощность на валу насоса перекачивающего жидкость подсчитывают по формуле

где – массовый расход теплоносителя, кг/с

–плотность теплоносителя, кг/м3

–к. п. д. насоса,

–потеря давления теплоносителя, Па

Перепад давления обусловлен действием сопротивлений, которые различаются между собой природой их возникновения. Эти сопротивления принято разделять на сопротивления гидравлического трения, зависящие, прежде всего, от вязкости жидкости и скорости ее безотрывного от поверхности теплообмена течения, причем, если скорость меньше критической, то сопротивление пропорционально первой степени скорости, если больше, - то квадрату скорости и местные сопротивления. В практических расчетах сопротивление трения в трубах определяют по формуле Дарси [2, С. 460]

pтр = ξ· , (4.2)

где – длина трубки,

– внутренний диаметр трубки,

w – скорость течения,

ξ – коэффициент трения.

Коэффициент сопротивления трения ξ зависит от режима движения потока. При вязкостном неизотермическом течении он может быть определен по предложенной Б.С. Петуховым формуле [2, С. 461]

32

При турбулентном неизотермическом течении в трубах и каналах коэффициент сопротивления трения ξ определяется по формуле [2, С. 462]

Местные сопротивления возникают из-за образования вихрей в местах изменения сечения канала, а также преодоления таких препятствий, как вход и выход из трубы, поворот, сужение или расширение. Эти сопротивления определяются по формуле схожей с (4.2)

При поперечном течении жидкости в межтрубном пространстве местное сопротивление можно рассматривать как сумму местных сопротивлений сужения и расширения потока. В этом случае сопротивление гидравлического трения жидкости составляет незначительную часть и в технических расчетах достаточно определить коэффициент ζ по одной из нижеследующих формул [5, С. 272]:

для шахматных пучков при отношении s1 / dн ≤ s2 / dн

для шахматных пучков при отношении s1 / dн ≥ s2 / dн

для коридорных пучков

33

где m – число рядов трубок в пучке в направлении движения теплоносителя.

Контрольные вопросы самопроверки к 4-й главе

1.Перечислите основные задачи, решаемые при гидромеханическом расчете.

2.Перечислите основные факторы, влияющие на мощность, потребную для прокачки теплоносителя. Напишите формулу для определения этой мощности.

3.Что такое местные сопротивления теплообменника, от чего они зависят и как классифицируются?

4.Напишите формулу Дарси, и объясните, чем определяется сопротивление трения при ламинарном течении теплоносителя по прямой трубе?

5.Объясните причину возникновения гидравлического сопротивления в неизотермическом потоке теплоносителя.

6.Объясните, почему гидравлическое сопротивление при движении нагреваемого потока по вертикальной трубе зависит от направления движения, и в каком случае оно будет меньше, - при движении снизу вверх, или сверху вниз?

34

Глава 5. ТЕПЛОВОЙ И ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЙ КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ КОЖУХОТРУБНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

Типовая конструкция кожухотрубного теплообменника, наиболее широко использующегося в судовых энергетических установках, равно, как и в промышленности в целом, показана на Рис. 10. В таких конструкциях выгодно достигается большое соотношение между поверхностью теплообмена и массой (или объемом) аппарата в целом. Кроме того, имеется возможность варьирования в широких пределах величиной поверхности, при этом прочность конструкции позволяет выдерживать высокие механические и тепловые нагрузки в условиях эксплуатации. Удобной является и очистка теплообменника, поскольку конструкция предполагает возможность извлечения из кожуха пучка труб, а также возможность замены поврежденных коррозией трубок. Основным элементом теплообменника являются трубы, обеспечивающие теплоотдачу между теплоносителями, протекающими внутри них и в межтрубном пространстве. Трубы закрепляются в трубных досках на каждом конце либо развальцовкой, либо сваркой.

Рисунок 10. Типовая конструкция кожухотрубного теплообменника: 1- кожух; 2,4 – теплообменные трубки; 3 – сегментные перегородки; 5,6 – трубные доски; а,б – крышки

35

Рисунок 11. Общий вид горизонтального кожухотрубного теплообменника и схема движения теплоносителя

Трубная доска – это металлический диск с отверстиями под трубы, крепежные болты и дистанцирующие решетки; она может привинчиваться к фланцу кожуха или привариваться. Сам кожух – цилиндрической формы, изготавливается вальцовкой металлического листа и сваркой продольным швом. Теплоноситель, протекающий по трубам, распределяется по ним с помощью коллекторов и патрубков. Двигаясь внутри труб, он в большей степени способствует их коррозии, поэтому трубки изготавливают обычно из цветных сплавов или из низкоуглеродистых сталей с наплавленным или нанесенным специальным способом покрытием. Весьма значимым элементом теплообменников является набор сегментных перегородок, которые с одной стороны защищают трубы от изгибов и вибраций, а с другой – направляют поток поперек пучка труб, тем самым существенно улучшая теплоотдачу.

36

5.1.Алгоритм теплового и гидромеханического расчета

Таблица 4

Тепловой и гидромеханический расчет

Принимают исходные данные, включающие:

-схему движения теплоносителей;

-наружный и внутренний диаметры трубок dн и dвн;

-материал трубок;

-расходы теплоносителей (горячего G1 и холодного G2);

- начальные температуры обоих теплоносителей ( и ); - температуру на выходе из теплообменника одного из теплоносителей, например, .

38