1.11. Розрахунок довжини теплообмінного апарату

Загальна довжина теплообмінного апарату знаходиться за формулою:

(28)

де -коефіцієнт теплопередачі,;

- середній логарифмічний температурний напір для заданої схеми руху теплоносіїв, .

При протитоці:

(29)

де ,- більше і менше значення температурного напору ,.

= 130

= 111.

Рис 1.2. Схема до визначення середнього логарифмічного температурного напору

Довжина однієї трубки теплообмінного апарату:

(30)

Площа поверхні теплообміну визначається за формулою :

(31)

де - середній діаметр трубки, м.

, (32)

2. Розрахунок теплотраси

Гаряча та холодна гілка теплотраси виконана в наземному виконанні.

Рис 2.1. Поперечний переріз теплотраси.

1-шар ізоляції; 2- труба; – зовнішній діаметр труби;- внутрішній діаметр труби; - діаметр шару ізоляції.

2.1. Розрахунок гарячої гілки теплотраси

2.1.1. Розрахунок діаметру трубопроводу

З рівняння нерозривності потоку внутрішній діаметр трубопроводу рівний:

(33)

де - масова витрата гарячого теплоносія, кг/с,

- густина гарячого теплоносія при температурі на вході в теплообмінний апарат, кг /, [1, табл.2, ст.26];

- швидкість руху гарячого теплоносія, м/с.

Приймаємо швидкість руху гарячого теплоносія в трубі рівною .

,

Округлюємо отримані значення діаметру до стандартного значення, згідно ГОСТ 9617-79.

Приймаємо = 0,468 м;= 0,480 м; = 0,006 м.

Знаходимо діаметр шару ізоляції труби:

d_із =d_зов+2δ_із, (34)

де δ - товщина шару ізоляції теплотраси, м.

d_із =0,480+20,19 = 0,86м.

Фактична швидкість руху гарячого теплоносія всередині труби:

ω₁^ф = , (35)

ω₁^ф = .

2.1.2. Розрахунок втрат тепла з поверхні трубопроводу

Задаємось температурою поверхні ізоляції:

t_із⁽¹⁾=(3...15) +t_пов , (36)

де t_пов - температура повітря, °С.

Приймаємо t_із⁽¹⁾ = 8+10=18 °С.

Загальні втрати тепла з поверхні ізоляції:

Q_із=Q_пр+Q_к, (37)

де Q_пр - втрати тепла променевим теплообміном, Вт;

Q_к - втрати тепла конвективним теплообміном, Вт.

Втрати тепла променевим теплообміном рівні:

Q_пр=εС₀F_1м (38)

де ε - степінь чорноти поверхні ізоляції, ε = 0,3, [2, табл. 24, ст. 273];

С₀ - коефіцієнт випромінювання абсолютного чорного тіла,

С₀ = 5,67

F_1м - площа одного погонного метра труби, покритого ізоляцією, м;

- температура поверхні ізоляції, К;

- температура повітря, К.

F_1м = πdl=πd_із , (39)

F_1м = π0,86=2,700,

Q_пр =.

Втрати тепла конвективним теплообміном рівні:

Q_k=α_kF_1м (t_із-t_пов), (40)

де _к - коефіцієнт тепловіддачі від поверхні ізоляції до повітря,

_к=Nu(41)

де: Nu - критерій Нусельта;

коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі t_пов=10°С,, [2, табл. 9, ст. 263].

λ_пов|¹⁰=2,51.

Визначаємо режим руху повітря, що набігає на теплотрасу.

Число Рейнольдса буде рівним:

Re=(42)

де - швидкість вітру що набігає на теплотрасу, м/с;

коефіцієнт кінематичної в'язкості повітря при температурі t_пов=10°С, м²/с, [2, табл. 9, ст. 263].

v_пов|¹⁰=.

Re=

Так як Re>то режим руху перехідний і критерій Нусельта визначається за формулою:

, (43)

де Pr- число Прандля для повітря при температурі t_пов =10°С [2, табл. 9, ст. 263];

Pr - число Прандля для повітря при температурі поверхні ізоляції, [2, табл. 9, ст. 263];

- поправочний коефіцієнт, що враховує відстань між трубами, приймаємо =1;

- поправочний коефіцієнт, що враховує кут набігання повітря на теплотрасу, [2, ст. 138].

Pr_пов|¹⁰=0,705;

Pr_пов|¹⁸=0,7034.

При ,= 0,906

Тоді:

.

Визначаємо середню температуру ізоляції:

(44)

Для ньювельної ізоляції коефіцієнт теплопровідності визначається за формулою :

(45)

Знаходимо термічний опір ізоляції:

(46)

Визначаємо критичне значення термічного опору ізоляції за формулою:

(47)

Перевіряємо правильність прийняття температури поверхні ізоляції, для чого записуємо рівняння теплового балансу:

(48)

Порівнюємо отримане значення з прийнятим:

(49)

Оскільки перше наближення температури поверхні ізоляції відрізняється більше ніж 0,5% то необхідно перездати температуру поверхні ізоляції і провести розрахунок спочатку.

Приймаємо друге наближення поверхні ізоляції

Згідно (38) втрати тепла променевим теплообміном будуть рівні:

=.

При прийнятій поверхні ізоляції число Прандля рівне:

Критерій Нусельта визначаємо за формулою (43):

Коефіцієнт тепловіддачі визначаємо за формулою (41):

Втрати тепла конвективним теплообміном визначаємо за формулою (40):

Загальні втрати тепла з поверхні ізоляції визначаються за формулою (37):

Визначаємо середню температуру ізоляції за формулою (44):

Для азбозуритної ізоляції коефіцієнт теплопровідності визначається за формулою (45) :

Знаходимо термічний опір ізоляції за формулою (46):

Критичне значення термічного опору ізоляції визначається за формулою (47):

Перевіряємо правильність прийняття температури поверхні ізоляції за формулою (48):

Оскільки друге наближення температури поверхні ізоляції відрізняється більше ніж 0,5% то необхідно перездати температуру поверхні ізоляції і провести розрахунок спочатку.

Приймаємо третє наближення поверхні ізоляції

Згідно (38) втрати тепла променевим теплообміном будуть рівні:

=.

При прийнятій поверхні ізоляції число Прандля рівне:

Критерій Нусельта визначаємо за формулою (43):

Коефіцієнт тепловіддачі визначаємо за формулою (41):

Втрати тепла конвективним теплообміном визначаємо за формулою (40):

Загальні втрати тепла з поверхні ізоляції визначаються за формулою (37):

Визначаємо середню температуру ізоляції за формулою (44):

Для азбозуритної ізоляції коефіцієнт теплопровідності визначається за формулою (45) :

Знаходимо термічний опір ізоляції за формулою (46):

Критичне значення термічного опору ізоляції визначається за формулою (47):

Перевіряємо правильність прийняття температури поверхні ізоляції за формулою (48):

Умова виконується.