6358

30

4. Модифицированные числа Эйлера для поверхностей ККР-5 и ККР-7

соответственно равны (см. прил. П.1)

Eu0 B0 Re0 k0 2,88 2277 0,262 0,38;

Eu BReс k 3 6051 0,26 0,312.

5. Коэффициены трения определяются из уравнения (14):

0 2 Eu0d0 2 0,38 0,00668 0,148; s20 0,0343

2 Eud 2 0,312 0,01168 0,212. s2 0,0343

6. Коэффициент сопоставления поверхностей по мощностям, затрачивае-

мым на прокачку теплоносителя (24), равен

Поскольку KN > 1, то поверхность ККР-5 требует меньше затрат мощно-

сти для прокачки теплоносителя через поверхность.

Пример 3. Провести конструктивный расчет воздушного калорифера вентиляционной системы приточной вентиляции.

Калорифер должен иметь два ряда труб (z =2) по ходу движения воздуха с площадью фронтального сечения fфр hl 1,878 1,23 2,31 м2по воздуху, где h, l – высота и ширина сечения соответственно. Толщина стенок стальных тру-

бок ст 0,5 мм, теплопроводность 56 Вт/(м С). Тип поверхности тепло-

обмена ККР-5.

Для воздуха (холодного теплоносителя) расход G0 6,2кг/с; температура

на входе t0 20 C; температура на выходе t0 18 C.

Для воды (горячего теплоносителя) расход G1 2,17кг/с, а температура воды на входе t1 не должна быть больше 100 °С.

Решение

1. Примем, что средняя температура воды на выходе t1 84 C.

31

2. Среднее значение температуры воздуха

4. Согласно прил. П.1 для поверхности типа ККР-5, имеем: наружный диаметр труб dн = 0,01638 м; гидравлический диаметр d = 0,00668 м; высота ребра lp=0,00605 м; коэффициент живого сечения =0,449; коэффициент ком-

пактности =269м2/м3, продольный шаг между трубками s1 = 0,03129 м; попе-

речный шаг между трубками s2=0,0343 м; толщина ребра р = 0,000254 м; сте-

пень оребрения =5,64; отношение поверхности ребер к полной поверхности

=0,83.

Воздушная сторона

5. Скорость воздуха в самом узком сечении трубного пучка

6. Число Рейнольдса Re0 равно

Re0 w0d 4,6 0,00668 2345.

0 13,2 10 6

7. Для поверхности ККР-5 (см. прил. П.1) справедливо критериальное уравнение для числа Нуссельта

Nu0 A0 Re0m0 0,127 23450,666 22,3.

8. Коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха

11. Эффективность ребристой поверхности

1 1 p 1 0,83 1 0,88 0,901.

Сторона горячего теплоносителя (воды)

12. Общее число трубок во фронтальном сечении теплообменника по воз-

душному тракту

Поскольку длина труб в одном ходу l=1,23 м, целесообразно сделать 3

хода труб по воде (i = 3) (схема такого теплообменника приведена на рис. 4).

Следовательно, вода во фронтальном сечении будет двигаться по примерно n1 n0 i 20 трубам длиной L = il = 3∙1,23=3,69 м.

13. Скорость воды w1 определим из соотношения

G1 fвн 1w1n1.

Здесь fвн dвн2 . – площадь внутреннего сечения трубок, где внутренний

4

диаметр dвн dн 2 ст 0,01638 2 0,005 0,01538 м.

33

Рис. 4. Схема движения воды в трехходовом калорифере.

14. Число Рейнольдса Re1 равно

Re1 wd1 вн 0,6 0,01538 26560.1 0,349 10 6

15.Число Нуссельта Nu1 при турбулентном течении равно

Nu1 0,023Re10,8 Pr10,4 0,023 265600,8 2,110,4 107,4.

16.Коэффициент теплоотдачи со стороны воды

1 Nu1 1 107,4 0,676 4719 Вт/ м2 С . dвн 0,01538

17. Коэффициент теплопередачи, отнесенный к внутренней поверхности

трубок

18. Поверхность теплообмена со стороны воды

FdвнLn1z 0,01538 3,69 20 2 7,13 м2.

19.Решение осуществляем методом эффективности. Тепловые экви-

34

валенты для горячего (Wг ) и холодного (Wх ) теплоносителей равны

Wх G0cp0 6,2 1005 6231 Вт/ С;

Wг G1cp1 2,17 4190 9092 Вт/ С.

Так как Wг >Wх , то Wг – максимальный тепловой эквивалент (Wmax ), a Wх

– минимальный (Wmin ), обозначим R Wmin 0,6853.

Wmax

20. Число единиц переноса

N kFF 402 7,13 0,46.

Wmin 6231

21. Для случая перекрестного течения теплоносителей эффективность теп-

лообменника определим по зависимости f N,R , представленной в [5].

Находим комплекс В

B 1 exp NR 1 exp 0,46 0,6853 0,27.

Эффективность теплообменника равна

22.Количество передаваемого тепла в теплообменнике

Q Wmin t0 t0 623118 20 236778Вт.

23.Температура воды на входе в теплообменник

Wmax

25.Проверяем значение средней температуры воды, принятой ранее в п. 2

равной t1 84 C,

t1 t1 t1 70,6 96,6 83,6 C. 2 2

Значение t1 с достаточной точностью совпадает с ранее принятым. Боль-

35

шее заданное значение температуры воды на входе в теплообменник (по усло-

вию задачи) обеспечивает запас теплообменника по тепловой производитель-

ности, поэтому результаты расчета принимаются как окончательные.

Расчет гидравлических сопротивлений

26.Модифицированное число Эйлера для поверхностиККР-5 (см. прил. П.1)

Eu0 B0 Re0 k0 2,88 2345 0,262 0,377.

27.Коэффициенты трения определяются из уравнения (14)

0 2 Eu0d 2 0,377 0,00668 0,147. s2 0,0343

28. Сопротивление трубного пучка по воздушному тракту

29.Коэффициент трения при турбулентном течении воды в трубе

т 0,316 Re10,25 0,316 26560 0,25 0,0248.

30.Сопротивление трения по водяному тракту

31. В данном теплообменнике, с двумя поворотами через промежуточную камеру, местное сопротивление равно

Здесь коэффициент местного сопротивления при повороте на 180° принят равным 2,5 [9].

32. Сопротивление по водяному тракту без учета сопротивления на входе потока в матрицу теплообменника и выходе из неё

p1 pт pм 1045 440 1485 Па.

36

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Грязнов, Н.Д. Теплообменные устройства газотурбинных и комбинированных установок / Н.Д. Грязнов, В.М. Епифанов, В.Л. Иванов, Э.А. Манушин; Под ред. А.И. Леонтьева. М.: Машиностроение, 1985. – 360 с.

2.Гухман, А.А. Интенсификация конвективного теплообмена и проблемы сравнительной оценки теплообменных поверхностей // Теплоэнергетика, 1977. №4. С. 5-8.

3.Величко, В.И. Энергетическая эффективность конвективных поверхностей нагрева при двустороннем обтекании / В.И. Величко, Д.А. Лавров // Тр. Второй Российской национальной конференции по теплообмену. М.: Изд-во МЭИ, 1998. Т. 6. С. 58-61.

4.Кирпиков В.А. Интенсификация конвективного теплообмена: Учеб-ное пособие. М.: Изд-во МИХМ, 1991. – 68 с.

5.Калафати, Д.Д. Оптимизация теплообменников по эффективности теплообмена / Д.Д. Калафати, В.В. Попалов. М.: Энергоатомиздат, 1986. – 152 с.

6.Валуева, Е.П. Оценка теплогидравлической эффективности рекуперативных теплообменных аппаратов / Е.П. Валуева, Т.А. Доморацкая. // Теплоэнергетика, 2002. № 3. С. 51-57.

7.Портнов, В.Д. Сравнительный анализ эффективности конвективных поверхностей теплообмена / В.Д. Портнов, В.Я. Сасин, Л.С. Целовальнова // Тр. третьей Российской национальной конференции по теплообмену. М.: Изд-во МЭИ, 2002. Тб. С. 176-179.

8.Исаченко, В.П. Теплопередача / В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел. М.: Энергоиздат, 1981. – 486 с.

9.Архипов, Л.И. Сборник примеров и задач по тепломассообменным процессам, аппаратам и установкам: Учебное пособие / Л.И. Архипов, В.А. Горбенко, О .Л. Данилов, А. Л. Ефимов, С.И. Коновальцев. М.: Изд-во МЭИ, 1997. – 116 с.

37

10. Справочник по теплообменникам: Пер. с англ. / Под ред. Б.С. Петухо-

ва, В.К. Шишкова. М.: Энергоатомиздат, 1987. В 2-х т. Т.1. 560 с. Т.2. – 352 с. 11. Бажан, П.И. Справочник по теплообменным аппаратам. / П.И. Бажан,

Г.Е. Каневец, В.М. Селеверстов. М.: Машиностроение, 1989. – 359 с.

12. Кейс, В.М. Компактные теплообменники / В.М. Кейс, А.Л. Лондон.

М.: Энергоатомиздат, 1982. – 158 с.

38

СОДЕРЖАНИЕ

Дыскин Лев Матвеевич

Морозов Максим Сергеевич

ТЕПЛООБМЕН В ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕПЛООБМЕННИКАХ

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным занятиям

(включая рекомендации по организации самостоятельной работы) по дисциплине «Расчет и проектирование тепломассообменного оборудования» для обучающихся по направлению подготовки 13.04.01 Теплоэнергетика и теплотехника,

профиль Тепломассообменные процессы и установки

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

603950, Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65. http://www. nngasu.ru, srec@nngasu.ru