Глава 2. Расчет вертикальных и горизонтальных кожухотрубных подогревателей и дефлегматоров.

Предлагаемый ниже алгоритм расчета относится к одно- и многоходовым кожухотрубным теплообменникам, в которых в межтрубном пространстве конденсируются пары жидкостей, а в трубах за счет тепла конденсации происходит нагревание жидкостей и газов.

1. Алгоритм расчета.

Коэффициент теплоотдачи к теплоносителю в трубах рассчитывается по формуле [1,2]:

x= 0.023 ,y= 0.8 , еслиRe_тр³10⁴

x= 0.008 ,y= 0.9 , если 2300£Re_тр< 10⁴

- критерий Рейнольдса и Прандтля для теплоносителя в трубах.

Физические свойства теплоносителя в трубах при его средней температуре:

l_ТР– теплопроводность , Вт/м×К;

m_ТР– вязкость, Па×с;

С_ТР– теплоемкость, Дж/кг×К;

W_ТР– скорость теплоносителя в трубах, кг/с;

d=d_Н- 2d_СТ– внутренний диаметр труб, м;

d_Н– наружный диаметр труб, м;

d_СТ= 0.002м – толщина труб;

Z– число ходов по трубному пространству;

n– число труб.

В программе предусмотрен расчет a_трпо формуле для развитого турбулентного режима движения теплоносителя в трубах (x=0.023 ,y=0.8). Если в результате расчета числа труб выбранного диаметра и высоты получается 2300£Re_тр< 10⁴, то производится автоматическая коррекция:x= 0.008 ,y= 0.9.

. Программой не предусмотрен расчет _ТРдля ламинарного режима, поэтому в процессе подбора нормализованных конструктивных характеристик ( диаметра трубd_Н, числа ходовZи высоты трубH) следует стремиться к тому, чтобы число трубnобеспечивалоRe_тр³2300.

Коэффициент теплоотдачи от пара, конденсирующегося на наружной поверхности вертикальных или горизонтальных труб, рассчитывается по уравнениям [1,2]:

где

l_К– теплопроводность конденсата, Вт/м×К;

r_К– плотность конденсата, кг/м³;

m_К– вязкость конденсата, Па×с;

G_П – расход пара, кг/с;

d_Н- наружный диаметр труб, м;

L–длина труб в горизонтальном теплообменнике, м;

Р – коэффициент, учитывающий число труб в вертикальном ряду горизонтального теплообменника в диаметральном его сечении. (По мере стекания конденсата толщина его пленки на нижерасположенных трубах увеличивается, поэтому с увеличением числа труб в вертикальном ряду средний коэффициент теплоотдачи от пара уменьшается. В соответствии с литературными данными [2] в программе принято: Р=0,7, если получающееся в результате расчета общее число труб n<=100; еслиn>100, автоматически производится коррекция:P=0,6, и делается однократный перерасчет требуемого числа труб).

Далее рассчитывался коэффициент теплопередачи по уравнению аддитивности термических сопротивлений и поверхность теплопередачи по основному уравнению теплопередачи

2.Инструкция к работе с программой 2

а) По ориентировочному значению коэффициента теплопередачи К_ор[2] выполняется приближенная оценка требуемой поверхности:

б) По нормалям выбирается возможный вариант теплообменника. В качестве нормалей можно воспользоваться таблицей, приведенной в литературе [2], или таблицей, приведенной в приложении к данному пособию. В данном случае выбирается диаметр трубd_n(0,02 или 0,025), число ходовZ(1,2,4 или 6) и высота трубH, которым соответствует ориентировочная поверхностьF_op(и число трубn).

в) Рассчитывается в системе СИ константы массива физ. свойств и вводится в ЭВМ в порядке, приведенном ниже:

теплопроводность конденсата _К, Вт/м*К

плотность конденсата _К, кг/м³,

удельная теплота конденсации r_К, Дж/кг,

вязкость конденсата _К, Па*с,

расход пара G_П, кг/с,

теплопроводность жидкости в трубах _ТР, Вт/м*К,

вязкость жидкости в трубах _ТР, Па*с,

теплоемкость жидкости в трубах С_ТР, Дж/кг*К,

сумма термических сопротивлений стенки труб и загрязнений å d /l,

средняя разность температур t_СР, ^оС,

расход жидкости G_СР, кг/с.

Далее пользователю предлагается проверить введённую исходную информацию и при необходимости изменить её. При этом если в массиве информации содержится грубая ошибка, машина выдаст фразу “ОШИБКА В ИСХОДНОЙ ИНФОРМАЦИИ” с указанием места, где эта ошибка допущена. Если не исправить ошибку, ЭВМ “выйдет” из задачи.

Далее ЭВМ запрашивает последовательно конструктивные параметры аппарата:

тип теплообменника (горизонтальный или вертикальный)

наружный диаметр труб d_Н, м

число ходов по трубному пространству Z

длина (высота) труб H, м

общее число труб, n

Вводятся запрашиваемые величины, и на экран выдаются результаты:

коэффициент теплоотдачи в трубном пространстве - a_ТР

коэффициент теплоотдачи в межтрубном пространстве - a_МТР

коэффициент теплопередачи - К

поверхность теплообмена - F

число Reв трубахRe_ТР

д) Анализируются результаты расчетов. Очевидно, что теплообменник годится для требуемого теплового процесса, если полученное расчётное значение поверхности теплообмена F(с некоторым запасом) меньше поверхности теплопередачи самого теплообменника.

е) В пояснительной записке должен быть кратко изложен алгоритм расчета, приведены расчет и бланк констант массива 1 и те данные, которые иллюстрируют процесс целенаправленного перебора переменных массива 2. При этом результаты расчета каждого варианта должны сопровождаться комментариями, объясняющими целесообразность и целенаправленность перехода к следующему варианту.