Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
поленова 1-2-3кр готовая.docx
Скачиваний:
35
Добавлен:
13.11.2018
Размер:
316.14 Кб
Скачать

3. Расчет кожухотрубного рекуперативного теплообменника.

Задание: определить количество трубок кожухотрубного теплообменника, число ходов по нагреваемой воде и температуру, до которой ее можно нагревать. Трубки стальные: dвн=32 мм, dнар=38 мм, длина l=3,5 м. Диаметр корпуса D=0,5 м. Расходы греющей и нагреваемой воды: G1=13 кг/с, G2=16 кг/с. Температуры на входе в теплообменник: =115°С, =25°С, скорости горячей и нагреваемой воды: V1=2 м/с, V2=1 м/с.

Направление движения теплоносителей противоточное, так как при прочих равных условиях оно обеспечивает большую разность температур, чем прямоток. Теплоноситель с меньшим расходом следует направить внутрь труб, а теплоноситель с большим расходом – в межтрубное пространство. Число ходов теплообменника для теплоносителя внутри труб выбирают в пределах Z=1-6, причем многоходовые теплообменники более компактны. В чисто учебных целях примем Z=1, что несколько упрощает расчет.

3.1. Расчет коэффициентов теплоотдачи

Предварительно задаемся t’’1=800С, t’’2=550С. Следовательно средние температуры: t1=(115+80)/2=97.5оС, t2=(55+25)/2=40oС.

1) Расчет коэффициента теплоотдачи α1 со стороны горячего теплоносителя выполним по критериальной формуле для продольного обтекания трубного пучка, выбор которой зависит от режима течения.

Найдем значение критерия Рейнольдса:

где vf – кинематическая вязкость воды при ее средней температуре 97,50С;

l=dэкв – определяющий размер для межтрубного пространства, равный его эквивалентному диаметру.

,

где f – поперечное сечение межтрубного пространства,

П – полный смоченный периметр,

S – шаг труб.

Шаги труб выбираются из соотношения S=(1.3-1.5)dнар[1]. Примем S1=S2=1.5dнар=1,5*38=57мм.

Проходное сечение:

Периметр:

Для воды при t1=97.50C найдем vf=0.302*10-6 м2/с.

Т.к. >104, режим течения турбулентный. В этом случае для продольного омывания трубного пучка применим формулу:

Найдем теплофизические свойства воды, необходимые для расчета. При t1=97.50C имеем: Prf=1,81 ; λf=0,715Вт/(мК). Величина определяется для воды при температуре стенки tw,1= получаем .

Среднее значение коэффициента теплоотдачи для трубного пучка:

2) Расчет коэффициента теплоотдачи α2 для движения воды внутри труб ведется в той же последовательности.

Найдем значение критерия Рейнольдса:

l=dвн – определяющий размер.

Теплофизические параметры воды при t2=40oC:

vf=0.658*10-6м2/с; λf=0,619Вт/(мК); Prf=4,34.

Величина определяется для воды при температуре стенки tw,2= получаем .

Режим турбулентный, тогда расчетная формула имеет вид:

3.2. Расчет коэффициента теплопередачи

Определим коэффициент теплопередачи по формуле:

где δ=1/2(dнар-dвн) – толщина стенки трубы в м: δ=1/2(38-32)=3мм=0,003м.

- коэффициент теплопроводности материала трубы, для стали .

3.3. Конструктивный расчет теплообменника

1) Найдем поперечное сечение труб по воде, обеспечивающее заданную скорость движения теплоносителя V2=1м/с. Из уравнения сплошности:

где - плотность воды при t2=40oC.

Зная поперечное сечение трубы:

найдем число трубок при числе ходов Z=1:

Определим поверхность теплообменника:

2) Уточним температуры:

Значения = 0.41 находим из таблицы значения функции при противотоке по коэффициентам:

Значения , незначительно отличаются от принятых заранее.

3) Определим тепловой поток: