1.3. Уточненный расчет поверхности теплообменника.

Уточненный тепловой расчет проводится с целью уточнения поверхности теплообмена путем расчета параметров, характеризующих процесс теплообмена – коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи с учетом режимов движения потоков в предварительно выбранном аппарате.

Уравнение коэффициента теплопередачи для теплоносителей с постоянными температурами:

- коэффициент теплоотдачи от греющего пара к стенке, ;

- коэффициент теплоотдачи от стенки к ацетону, ;

- сумма термических сопротивлений стенки, .

Определим физико-химические свойства ацетона:

• Динамический коэффициент вязкости при : [2, c. 556];

• Плотность при : [2, с. 512];

• Поверхностное натяжение при : [2, с. 526];

• Коэффициент теплопроводности при : ;

• Удельная теплоемкость при : Дж/(кг К) [2, с 562];

• Плотность паров ацетона по уравнению Менделеева-Клайперона при рабочем давлении: Плотность паров ацетона над кипящей жидкостью:

Проведем проверку подобранных параметров испарителя [4, с. 76-78]. Примем индекс 1 для горячего теплоносителя (водяного пара), а индекс 2 - для холодного (ацетона).

• 

Решив это уравнение относительно q численным или графическим методом, можно определить требуемую поверхность и наоборот.

В качестве первого приближения примем ориентировочное значение удельной тепловой нагрузки:

Для определения необходимо рассчитать коэффициенты А и В.

Толщина труб 2,0 мм, материал - нержавеющая сталь, [7, с.136]. Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений (термическим сопротивлением со стороны греющего пара можно пренебречь) равна:

=

Примем второе значение , получим:

=

Третье, уточненное, значение определим в точке пересечения с осью абсцисс хорды, проведенной из точки 1 ( ; ) в точку 2 (80000; ).

Рисунок 5: Графическое решение

=

=0,007

Такую точность определения корня уравнения можно считать достаточной, и q = 73454 Вт/м² можно считать истинной удельной тепловой нагрузкой. Тогда требуемая поверхность составит:

В выбранном теплообменнике запас поверхности:

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара [4, с. 76]:

Со стороны кипящей жидкости [4, с. 76]:

Коэффициент теплопередачи [4, с. 76]:

2. Гидравлический расчет

Основной целью гидравлического расчета теплообменных аппаратов является определение затрат энергии для преодоления сопротивлений при перемещении жидкости (пара) через теплообменник и подбор насоса или вентилятора. Подбор насоса (вентилятора) осуществляется по следующим основным параметрам: свойствам теплоносителя, необходимой объемной производительности, развиваемого напора и мощности двигателя. Расчетные значения гидравлических сопротивлений при этом не должны превышать допускаемых (∆Р <∆Р_доп). В учебных расчетах допустимую потерю давления можно задавать.

В общем виде расчет гидравлического сопротивления можно проводить по оценке потери давления , или потере напора , что совершенно равнозначно, т.к.

Для каждого из пространств теплообменного аппарата (трубное и межтрубное пространство), существуют свои определенные особенности расчета гидравлического сопротивления, обусловленные спецификой конструкции и условиями взаимодействия потока и канала [1, с. 28].