1.3 Методика расчета кожухотрубного теплообменного аппарата Тепловой расчет

Уравнение теплового баланса для теплообменного аппарата определяется по формуле 1.1:

(1.1)

где - количество теплоты в единицу времени, отданное греющим теплоносителем,

- количество теплоты в единицу времени, воспринятое нагреваемым теплоносителем,

- потери теплоты в окружающую среду.

Так как по условию задания , то количество передаваемого тепла в единицу времени через поверхность нагрева аппарата, (Вт)определяется по формуле 1.2:

;

(1.2)

где и- средние удельные массовые теплоемкости греющего и нагреваемого теплоносителей, в интервале температур отдои отдосоответственно.

Температура нагреваемого теплоносителя на выходе из теплообменника определяется по формуле 1.3:

(1.3)

Средняя температура нагреваемого теплоносителя определяется по формуле 1.4:

(1.4)

Средняя температура греющего теплоносителя определяется по формуле 1.5:

(1.5)

В первом приближении температура стенки определяется по формуле 1.6:

(1.6)

Среднюю скорость движения теплоносителя в трубах рекомендуется предварительно принимать в пределах .

Критерий Рейнольдса для потока греющего теплоносителя определяется по формуле 1.7:

(1.7)

В результате сравнения вычисленного значения с критическим числомустанавливаем, что режим течения жидкости турбулентный и выбираем критериальное уравнение для расчета числа Нуссельта. Интенсивность теплоотдачи в круглых трубках зависит от режима движения теплоносителя.

При турбулентном режиме течения жидкости () в круглых трубках и каналах число Нуссельта определяется по критериальной зависимостипо формуле 1.8:

(1.8)

Определяющий размер – внутренний диаметр трубы, определяющая температура – средняя температура теплоносителя.

Коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке трубы определяется по формуле 1.9:

(1.9)

В результате сравнения вычисленного значения с критическим числомвыбираем критериальное уравнение, по которому подсчитываем число Нуссельта. При движении теплоносителя в межтрубном пространстве коэффициент теплоотдачи рассчитывается по уравнению 1.10:

при

(1.10)

За определяющий геометрический размер принимают наружный диаметр теплообменных труб.

Коэффициент теплопередачи от стенок трубного пучка к нагреваемому теплоносителю определяется по формуле 1.11:

(1.11)

Если , то коэффициент теплопередачи для плоской поверхности теплообмена с достаточной точностью определяется по формуле 1.12:

(1.12)

где - термические сопротивления слоев загрязнений с обеих сторон стенки,

- толщина стенки,

- коэффициент теплопроводности материала трубок.

Вычислим среднелогарифмическую разность температур по формуле 1.13:

(1.13)

Из основного уравнения теплопередачи определяется необходимая поверхность теплообмена по формуле 1.14:

(1.14)

По рассчитанной площади и заданному диаметру труб выбирается стандартный теплообменный аппарат.