teplo_2012

Для турбулентного режима течения теплоносителя справедливо следующее: 2). Re > 2.400 - турбулентный режим:

Коэффициент сопротивления трения определяется при следующих условиях:

3). Re≤2.400 – ламинарный режим

Re

Для жидкостей:

82

Теплоотдача и сопротивление при продольном обтекании пучков труб

Теплоотдача: определяется формулой:

отдача и сопротивление в трубах».

83

Для расположения труб по треугольнику и по концентрическим окружностям

B = 2 π 3 dSн 2 − 1 .

Коэффициент сопротивления трения для треугольного расположения труб и расположения труб по концентрическим окружностям определяется формулой:

εT- по формулам п.4 раздела «теплоотдача и сопротивление в трубах».

Коэффициент местного сопротивления

Коэффициент сопротивления при резком изменении сечения канала любой формы при числах Рейнольдса Re>104 определяют по графикам (рис. 2.5).

Здесь f0- площадь поперечного сечения канала «малого» сечения; f1 -то же для канала «большого сечения».

Коэффициенты сопротивления при резком изменении сечения канала при Re <104 определяются с помощью графиков ζm = f Re,f f0 или зависимо-

стей ζm = f (Re ), где Re =ρw0dэ / μ – скорость в расчетном сечении. За расчетное сечение принимают меньшее (f0), за определяющий размер - эквивалентный (гидравлический) диаметр dЭ.

84

Рис. 2.5. График для определения ζm при резком изменении поперечно-

го сечения канала

85

Таблица 2.3

Исходные данные на выполнение теплового и гидравлического расчета ТА

Примечания:

1.Теплофизические свойства продуктов сгорания и азота принять постоянными и равными:

продукты сгорания: Cp1=1084 Дж/(кг·К); λ1=0,054 Вт/(м·К);

μ1=34,7·10-6 H·c/м2; R1=271 Дж/(кг·К);

азот: Cp2= 1079 Дж/(кг·К); λ2=0,025Вт/(м·К); μ2=18,5·10-6 H·c/м2;

R2=297 Дж/(кг·К), где R- газовая постоянная.

2.Материал труб – нержавеюшая сталь, λW=14,4 Вт/(м·К).

3.Потери теплоты и загрязнения поверхностей не учитывать.

87

Последовательность расчета

1. На основе опыта проектирования ТА выбирают:

–схему движения теплоносителей (прямоток, противоток, реверсивный ток и т.п.);

–диаметры труб dв, dн, материал труб (λw);

–компоновку труб в пучке (расположение труб по вершинам треугольников или по концентрическим окружностям);

–шаг между трубами S.

2. Средняя (определяющая) температура теплоносителя с заданными концевыми температурами:

t2ср = (t2′ + t2″)/ 2 .

3.По t2ср находят теплофизические свойства теплоносителя μ2, λ2 , Cp2 определяют последующие параметры.

4.Тепловой поток в ТА определяют формулой:

Q =W2 (t2″ −t2′),

где W2 = G2 Cp2 .

5. Выходная температура греющего теплоносителя равна:

где W1 = G1 Cp1 .

Впервом приближении Cp1 определяют по t2'.

6.Средняя (определяющая) температура греющего теплоносителя

t1ср = (t1′ + t1″)/ 2 .

7. По t1ср находят теплофизические свойства греющего теплоносителя

μ1, λ1 , Cp2.

Расчет с п. 5 повторяется с уточненным значением Cp2.

8. Плотность греющего теплоносителя вычисляют по формуле:

88

ρ1 = P1 ,

R1T1cp

где среднее давление P1 = (P1'+P1")/ 2. В первом приближении P1=P2'. После выполнения гидравлического расчета значение ρ1 уточняется.

9.Для теплоносителя, движущегося внутри труб, задают скорость W1

10.Из уравнения неразрывности потока находят потребное число труб в ТA:

где z – число ходов в трубах.

11.С помощью соответствующих формул или таблиц (см. табл. 2.1) находят фактическое число труб, размещаемых в трубном пучке принятой конфигурации nф.

12.По фактическому числу труб nф проверяют скорость при движении теплоносителя в трубах:

Если скорость W1, неприемлема, расчет с п. 9 повторяется с уточненной скоростью W2.

13. Числа Рейнольдса и Прандтля для греющего теплоносителя определяют формулами:

14. Определяют число Нуссельта греющего теплоносителя для соответствующего режима течения Nu2.

Первоначально поправка на неизотермичность εT принимается равной 1

(т.е. принимается t1ср = twв). После расчета α1 и α2, определения k и t определяют twв и проверяют значение εT. При необходимости расчет числа Nu1 уточняют.

15. Коэффициент теплоотдачи от греющего теплоносителя находят

89

формулой:

α1 = Nu1 λ1 .

dв

16.По фактическому числу труб nф определяют геометрические характеристики трубного пучка: Sмтр, dэ, Dк.

17.Плотность массового потока нагреваемого теплоносителя рассчитывают по формуле:

(ρw)2 = SG2 .

мтр

18. Плотность нагреваемого теплоносителя равна:

ρ2 = P2 , R2T2cp

где среднее давление P2 = (P2'+P2" )/ 2. В первом приближении P2 = P2' . По-

сле выполнения гидравлического расчета значение ρ2 уточняется.

19. Среднерасходная скорость теплоносителя в межтрубном пространстве определяется формулой:

V2 = (ρρw)2 ,

2

значение скорости сопоставляется с рекомендуемыми значениями скоростей в каналах ТА (см. табл. 2.2).

Если скорость окажется неприемлемой, то, изменяя в допустимых пределах диаметры труб, скорость среды в них (W1), а также конструкционные характеристики компоновки труб (шаг между трубами), можно получить нужное значение скорости W2. В этом случае расчет повторяется с п.2.

20. Числа Рейнольдса и Прандтля для нагреваемого теплоносителя рассчитывают по формулам:

21. Определяют число Нуссельта нагреваемого теплоносителя для соответствующего режима течения Nu2.

90