11

Корепанов Е.В. Практические занятия ТМО. Расчет теплообменника «труба в трубе»

Задание 4 Задача 1 теплообменный аппарат «труба в трубе»

Выполнить конструктивный расчет противоточного водо-водяного теплообменника типа «труба в трубе» тепловой мощностью Q. Начальная температура греющего теплоносителя , начальная температура нагреваемого теплоносителя , конечная температура нагреваемого теплоносителя . Коэффициент теплопроводности металла трубы принимать =70 Вт/(мК).

Таблица 1. Исходные данные

№ варианта	Q, кВт	, °С	, °С	, °С
	50	150	5	65
	75	150	10	65
	100	150	15	65
	125	150	5	65
	150	150	10	65
	175	150	15	65
	200	130	5	60
	225	130	10	60
	250	130	15	60
	300	130	5	60
	325	130	10	60
	350	130	15	60

Рекомендации к расчету теплообменника «Труба в трубе»

Геометрические размеры теплообменника приведены на рис. 1, а график изменения температуры теплоносителей при противоточной схеме на рис. 2.

Рис. 1. Теплообменник типа «Труба в трубе»	Рис. 2. Противоточная схема

По внутренней трубе течет нагреваемый теплоноситель с расходом G₂, по кольцевому каналу – греющий теплоноситель с расходом G₁.

Коэффициент теплоотдачи на внешней поверхности внутренней трубы (в кольцевом канале) определяется по уравнению

, Вт/м²°С. (1)

Коэффициент теплоотдачи во внутренней трубе определяется по уравнению

, Вт/м²°С. (2)

Физические характеристики для воды:

кинематическая вязкость –

, м²/с; (3)

число Прандтля –

; (4)

теплопроводность –

, Вт/м°С. (5)

Температура воды, входящая в уравнения (3)-(5) определяется как средняя. Для нагреваемого теплоносителя

. (6)

Для греющего теплоносителя

. (7)

Для расчета теплообменника используются уравнения:

- теплового баланса

; (8)

- уравнение теплопередачи

. (9)

Здесь: с – теплоемкость воды; F, м² – площадь теплообменной поверхности; k, Вт/(м²К) – коэффициент теплопередачи; – среднелогарифмический температурный напор.

Коэффициент теплопередачи вычисляется по формуле

, (10)

где: =0,95 – коэффициент, учитывающий теплопотери в окружающую среду (КПД теплообменника); , м – толщина внутренней трубы; , Вт/(мК) – коэффициент теплопроводности металла трубы.

Среднелогарифмический температурный напор вычисляется по формуле

, (11)

где: – начальный температурный напор; – конечный температурный напор (рис. 2).

Площадь теплообменной поверхности трубы длиной l равна

. (12)

Расход греющего теплоносителя

, (13)

нагреваемого

, (14)

где  – плотность теплоносителя (в расчетах принимать 1000 кг/м³).

Площадь живого сечения внутренней трубы

. (15)

Площадь живого сечения кольцевого канала

. (16)

При расчете принимать:

• скорость теплоносителей – 1…3 м/с;

• плотность теплоносителей – 1000 кг/м³;

• теплоемкость воды – 4186, КДж/(кгК);

• температурный напор или – 20…30 С.

Таблица 2. Трубы стальные электросварные прямошовные ГОСТ 10704-91

dн	10	12	14	16	18	20	22	24	26	28	30	32	36	38	40	45
	1,2	1,2	1,6	1,6	2	2	2	2	2	2	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5
dн	48	51	54	57	60	63,5	70	76	89	95	102	108	114	133	159	194
	2,8	2,8	2,8	3	3	3	3,5	3,5	3,5	3,5	4	4	4	4	4,5	4,5