teplo_2012

Поправку на неизотермичность εT в первом приближении принимают равной 1 (т.е. принимают t1ср = twн). После определения температуры стенки twн расчет числа Nu2 уточняют.

22. Коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемому теплоносителю вычисляют формулой:

24. По соответствующим формулам или с помощью графиков определя-

ют средний температурный напор t .

25. Потребная площадь теплопередающей поверхности с внутренней стороны труб равна:

Fв = квQ t .

26. Рабочая длина труб в одном ходе (расстояние между трубными решетками) определяется формулой:

27. Вследствие ограниченной точности расчетных соотношений, используемых в тепловом расчете, и ряда неучитываемых факторов на практике увеличивают размеры теплопередающей поверхности (длину труб) на 5…15%, т.е. берут коэффициент запаса kз = 1,05÷1,15.

С учетом коэффициента запаса принимают lф = kз l .

28. Фактическая площадь теплопередающей поверхности с внутренней стороны труб равна:

Fвф = π dв nф lф .

29. Фактический тепловой поток, передаваемый в ТА рассчитывают по

91

формуле:

Qф = kв t Fвф .

30.Вычисляют объем матрицы ТА:

Vм = π 4Dk 2 lф .

31.Геометрический (kг) и тепловой (kт) коэффициенты компактности ТА рассчитывают формулами:

Расчет ТА по п.п. 2...31 уже может дать представление о правильности выбранных величин. Если полученное число труб и их длина не соответствуют возможностям создания совершенного с точки зрения надежности и технологичности ТА, то дальнейшие расчеты по принятому варианту проводить не следует.

Приемлемые значения lф и dв достигаются соответствующим изменением выбранных скоростей или диаметра труб или обеих этих величин вместе с уточнением ранее проведенных расчетов.

32. Температуры на внутренней и наружной поверхностях труб (со стороны греющего и нагреваемого теплоносителя) рассчитывают по формулам:

33. По выбранным скоростям теплоносителей, которые могут быть близки к скоростям W1 и W2 в аппарате с помощью уравнения неразрывности определяют проходные сечения патрубков и их диаметры

dп =1,13 ρG . w

92

Гидравлический расчет трактов греющего и нагреваемого теплоносителей

34.Коэффициент сопротивления трения в тракте греющего теплоносителя ξт определяется в соответствии с режимом течения по числу Re1, взятому из теплового расчета.

Поправка на не изотермичность (εт) определяется по температурам T1ср

иTwв вычисленным в тепловом расчете.

35.Потери давления на сопротивление трения определяется формулой:

PT1 = ξT1 z l ρ1V12 ,

dв 2

где z - число ходов в трубах

36. Потери давления на местных сопротивлениях складываются из потерь во входных и выходных патрубках и потерь в переходных камерах и определяются по соотношениям:

37. Потери давления на сопротивление ускорения вычисляются форму-

лой:

Py =ρ1"V1"2 −ρ1'V '2 ,

Аналогично определяют потери давления в тракте нагреваемого теплоносителя.

Если перепад давления для проектируемого ТА задан и ограничен по величине, и если гидравлическое сопротивление по трактам греющего и нагреваемого теплоносителей превышают заданные, необходима корректировка геометрических и режимных характеристик ТА, а следовательно, и теплового и гидравлического расчетов, поскольку изменение размеров и скоростей повлечет изменение коэффициента теплопередачи и необходимой поверхно-

93

сти теплообмена.

38. Мощность на прокачку теплоносителей по каждому тракту равна:

N = ρP ηG ,

где η – кпд компрессора или вентилятора.

39. Производят выбор конструкционных материалов для всех деталей ТА и расчет их на прочность.

Схема проектного расчета ТА с использованием метода η-S

1. После определения Cp1 и Cp2 (см. п.п. 1…7 описанной схемы расчета) находят соотношение полных теплоемкостей массовых расходов:

2. Температура греющего теплоносителя на выходе ТА определяется формулой:

число единиц переноса S.

5.Рассчитывают коэффициент теплопередачи kв по п.п. 1…23 ранее описанной схемы расчета.

6.Потребная площадь теплопередающей поверхности с учетом коэффициента запаса kз рассчитывается формулой:

F = SWmin kз .

вф кв

94

7. Далее с п. 29 ранее описанной схемы расчета.

Преимущество такой схемы расчета заключается в том, что при этом отпадает необходимость в определении среднего температурного напора t .

Схема поверочного расчета ТА с использованием среднелогарифмического температурного напора

Заданными являются фактическая площадь теплопередающей поверхности Fвф и любая пара температур из набора t1' и t2', t1" и t2".

Расчет выполняется в такой последовательности.

1)Задают значение еще одной концевой температуры; например, если заданы t1" и t2', то задают значение t1' по условиям эксплуатации или технологии.

2)Определяют значение неизвестной концевой температуры (в нашем случае t2'' ) из уравнения теплового баланса

Q =G1C p1 (t1' − t1'' )= G2C p 2 (t'2' − t'2 )

3) Рассчитывают средний температурный напор t .

4)Находят коэффициенты теплоотдачи: α1 от греющего теплоносителя

кстенке трубы и α2 от стенки трубы к нагреваемому теплоносителю.

5)Находят коэффициент теплопередачи kв , отнесенный к площади Fвф.

6) По уравнению теплопередачи ( Q =kв tFвф ) определяют требуемую

для обеспечения температур t1'и t1", t2' и t2" площадь поверхности теплообмена

7) Определяют коэффициент запаса:

kз = Fвф .

Fв

95

Если кз ≥1, то расчет заканчивают, если кз ≤1, то назначают новые,

скорректированные по результатам выполненного расчета, значения концевых температур и расчет повторяется вновь до получения требуемой величи-

ны коэффициента запаса к з .

Гидравлический расчет проводится в той же последовательности, что и в схеме проектного расчета по пунктам 1…39.

Схема поверочного расчета ТА с использованием метода η-S(NTU)

1.Выполняют расчеты по п.п. 1…5 предыдущей схемы расчета.

2.Определяют число единиц переноса теплоты

S = квFвф

Wmin

3. Находят соотношение теплоемкостей массовых расходов:

4. Определяют тепловую эффективность ТА:

5.Вычисляют тепловой поток (фактический):

Qф =Wmin (t1' −t'2' ) η

6.Находят коэффициент запаса:

kз = QQф ,

где Q – тепловой поток, найденный из уравнения теплового баланса. Если kз ≥1, то расчет можно считать законченным.

Если kз ≤1, то назначают новые, скорректированные значения концевых температур и расчет повторяется вновь до получения требуемой величины коэффициента запаса кз.

96

Иногда при поверочном расчете известен коэффициент теплопередачи к. В этом случае поверочный расчет ТА методом η-S имеет преимущества по сравнению с методом среднелогарифмического температурного напора, так как он исключает при расчете последовательные приближения.

97

мально допустимого зазора между крайними трубами в рядах и наружным кожухом. Схема движения теплоносителей – перекрестная, одноходовая, причем в межтрубной полости теплоноситель перемешивается, а в трубной – нет.

Рис. 3.1. Схема теплообменного аппарата

Рис. 3.2. Схема размещения труб в трубном пучке с шахматной разбивкой

Материал труб, трубных досок и корпуса – нержавеющая сталь: λ=14,4

Вт/(м·К) ; ρ = 7,9 103 кг/ м3 .

Исходные данные для различных вариантов заданий приведены в табл. 3.1. Изложенная в п. 3.2 методика расчета и расчетные зависимости апробированы и используются на Нижегородском производственном объединении «Теплообменник».

99