3. Определение характеристик трубного пучка

Расчет площади фронтального сечения производится по формуле:

где – площадь проходного сечения, а – коэффициент загромождения.

Рассчитаем площадь проходного сечения:

Коэффициент загромождения для шахматного пучка бывает двух видов: фронтальный и диагональный. Необходимо рассчитать оба варианта и выбрать наибольший из них.

Расчет фронтального коэффициента загромождения:

Расчет диагонального коэффициента загромождения:

Очевидно, что из двух значений коэффициента загромождения выберем фронтальный, так как по условию нам необходимо большее значение.

Подставим полученные значения в формулу площади фронтального сечения:

Ширина a и высота L пучка в данном теплообменном аппарате одинаковы. Так как , следовательно, обе величины можно рассчитать по формуле:

Число труб в ряду:

Число рядов в пучке:

Определим глубину пучка:

Объем теплообменного аппарата определяется формулой:

Обращаясь к изначально заданным параметрам теплообменного аппарата, проведем проверку полученного значения объема:

Полученное значение объема меньше заданного в варианте на 4%.

Рассчитаем массу теплообменного аппарата. Для этого воспользуемся формулой:

Объем металла рассчитывается по формуле:

Вернемся к нахождению массы теплообменного аппарата. Так как материал аппарата – алюминий, то плотность берем соответствующую (ρ=8900 кг/м³). Находим:

Проверка массы относительно начальных данных:

Полученное значение массы меньше заданного в варианте на 41%.

Далее необходимо определить коэффициент теплоотдачи со стороны воды. Ранее он был принят как начальное приближение, однако на данном этапе необходимо уточнить .

4. Перерасчет коэффициента теплоотдачи воды

Определим скорость воды внутри трубки пучка:

Скорость самоочистки труб лежит в диапазоне . Так как полученная скорость оказалась меньше условия самоочистки, рассчитаем необходимое количество ходов. Примем скорость самоочистки .

Вычислим:

Коэффициент теплоотдачи воды найдем по формуле:

Число Нуссельта рассчитаем по формуле:

Число Рейнольдса:

Вернемся к числу Нуссельта:

Коэффициент теплоотдачи воды:

Полученный коэффициент теплоотдачи получился меньше заложенного. Проведем ряд итераций для определения истинного значения коэффициента теплоотдачи.

5. Итерации

При пересчете примем коэффициент теплоотдачи равным получившемуся итоговому значению. Пусть , тогда:

• Коэффициент теплопередачи: ;

• Поверхность теплообмена: ;

• Число рядов в пучке: ;

• Глубина пучка: ;

• Объем теплообменного аппарата: ;

• Проверка объема:

• Объем металла: ;

• Масса теплообменного аппарата: ;

• Проверка массы:

• Скорость воды: ;

• Количество ходов:

Так как скорость самоочистки осталась прежней, то число Рейнольдса, число Нуссельта, а также коэффициент теплоотдачи воды остались прежними, то есть . Это значит, что необходимо остановиться на конечном коэффициенте теплоотдачи.

Таблица 3

Результаты итераций.

Параметр	Первый расчет	Конечная итерация	Относительное отклонение, %
k	882,8	783,4	11,2
F1	63,7	67,4	5,8
z	78	82	5,1
b	1,6	1,54	4,4
V	1,44	1,5	4,2
Vm	0,097	0,103	6,2
M	863,3	916,7	6,2
	0,22	0,2	9,1
m	4	4	0
	3467	3467	0