Определяем скорости движения теплоносителей

Так как F=П*D²/4, то

F₁=П*d₁²/4,

где П=3,14-математическая константа,

d₁-внутренний диаметр трубы с холодным теплоносителем, м;

F₂=F_D2 - F_d2

F_D2=П*D₂²/4

F_d2 =П* d₂²/4

F₂= П*D₂²/4 - П*d₂²/4,

где П=3,14-математическая константа,

d₂-внешний диаметр трубы с холодным теплоносителем, м;

D₂-внутренний диаметр трубы с горячим теплоносителем, м;

Так как V=G/ F *ρ, то

V₁=4* G₁/П* d₁²*ρ₁– скорость движения горячего теплоносителя (турбинное масло), м/с;

V₂=4* G₂/П* (D₂² - d₂²)*ρ₂– скорость движения холодного теплоносителя (дизельное топливо), м/с;

где П=3,14-математическая константа;

d₁-внутренний диаметр трубы с холодным теплоносителем, м;

d₂-внешний диаметр трубы с холодным теплоносителем, м;

D₂-внутренний диаметр трубы с горячим теплоносителем, м;

G₁- массовый расход горячего теплоносителя (турбинное масло), кг/с;

G₂- массовый расход холодного теплоносителя (дизельное топливо), кг/с;

ρ₁-плотность горячего теплоносителя (турбинное масло), кг/м³;

ρ₂- плотность холодного теплоносителя (дизельное топливо), кг/м³;

V ₁=4*0.4/3.14*28²*10^-6*873=0,74 м/с;

V ₂=4*1,1/3.14*(38-30)²*10^-6*883,325=2,92 м/с;

Определяем режим движения жидкости

Горячий теплоноситель:

Re₁=V₁*d₁/√₁=0,7*0,028/24,5*10^-6=800

Так как Re₁<2*10³- ламинарный режим;

Холодный теплоноситель:

Re₂=V₂*(D₂-d₂)/√₂=2,92(0,038-0,03)/5,503*10^-6=4244,96

Так как 2*10³<Re₁<10*10³ – переходный режим;

где √₁, √₂- коэффициенты кинематической вязкости, м²/с;

d₁-внутренний диаметр трубы с холодным теплоносителем, м;

d₂-внешний диаметр трубы с холодным теплоносителем, м;

D₂-внутренний диаметр трубы с горячим теплоносителем, м;

V₁– скорость движения горячего теплоносителя (турбинное масло), м/с;

V₂– скорость движения холодного теплоносителя (дизельное топливо), м/с;

Определяем критерий Нуссельта

Так как режим течения горячего теплоносителя ламинарный (Re<2*10³ ), то

,

где Re- число Рейнольдса;

Pr- критерий Прандтля; Gr- критерий Грасгофа;

₁=g* t _{ср 1}* d₁³/273*√₁²,

где g =9,81 - ускорение свободного падения, м/с²;

t _{ср 1}- характерная разность температур горячего теплоносителя, ⁰С;

d₁-внутренний диаметр трубы с холодным теплоносителем, м;

√₁- коэффициент кинематической вязкости горячего теплоносителя (турбинное масло), м²/с;

₁=9.8*(28*10^-3)³*25/273*24.5²*10^-12=32854

=0.15*9.08*2.3*2.8*0.989=8.67

Так как режим течения холодного теплоносителя переходный (2*10³ <Re<10*10³ ), то

,

где коэффициент =( _ст/ _ж2)^-0,11 зависит от динамической вязкости холодного теплоносителя при температуре вблизи стенки и в основном потоке;

= ρ*√ - динамическая вязкость, Па·с; ρ- плотность теплоносителя, кг/м³;

√-коэффициент кинематической вязкости, м²/с;

_ст=874,25*5,09*10^-6=4449,9*10^-6=0,044 Па·с;

_ж2=883,325*5,5*10^-6=4858,28*10^-6=0,049 Па·с;

=0,044/0,049=0,898

0,017*798,54*0,88*1,04*0,898=11,16

На основании критерия Нуссельта Nu мы определяем коэффициенты теплоотдачи α₁ и α₂

α₁= Nu₁*(λ₁/d₁)=Вт/м²*К,

где Nu₁- критерий Нуссельта для турбинного масла;

λ₁ – теплопроводность для турбинного масла, Вт/м*К;

d₁ – диаметр трубы, м;

α₁=8,67*0.1236*10^-2/0.028=0,38 Вт/м²*К;

α₂= Nu₂*(λ₂/d₂)= Вт/м²*К,

где Nu₂- критерий Нуссельта для дизельного топлива;

λ₂ – теплопроводность для дизельного топлива, Вт/м*К;

d₂ – внешний диаметр внутренней трубы, по которой течет горячий теплоноситель, м;

α₂=11,16*0.134*10^-2/0.008=1,87 Вт/м²*К

Определение коэффициента теплопередачи

К= , Вт/м²*К,

где d1 и d2 –внутренний и наружный диаметры трубы, по которой течет холодный теплоноситель, м;

К= =0,0089 Вт/м²*К

Средний температурный напор

t_ср= t_б/ t_м*ln( t_б/ t_м)

г де t_б-большая разность температур между теплоносителями

t_м-меньшая разность температур между теплоносителями

t_б=90-10=80⁰С

t_м=60-40=20⁰С

t_ср=80/20*ln4=43.28⁰С - средняя логарифмическая разность температур

Определяем удельный тепловой поток

q _e=k* t_ср,

где k – коэффициент теплопередачи, Вт/м²*К;

t_ср – средняя логарифмическая разность температур, ⁰С.

q_e = 0.009*43.28=0,38952 Вт/м²

Длина труб теплообменника:

Так как Q= q_e* L– теплота,

где L-длина поверхности теплообменника, м;

q_e– удельный тепловой поток;

То L=Q/ q_e,

L=61842/0,38952 =158764.63 м

Определяем площадь тепловоспринимающей поверхности F, м²

F₁=П*d₁*L

где П=3,14 – математическая константа;

d₁– внутренний диаметр трубы, м;

L – длина поверхности теплообменного аппарата, м;

F₁=3.14*0.028*158764.63 =13958.59 м²

Вывод: В данной расчетно-графической работе мы произвели расчет теплообменного аппарата. При этом расчетным путем определили поверхность теплообмена, длину. Исходя из расчета, выяснили, что теплообменный аппарат змеевидной формы с большим количеством секций.

Список использованных источников

1. В. Н. Луканин. Теплотехника. — М., «Высшая школа», 2002 г..

2. В.В. Нащокин. Техническая термодинамика и теплопередача. Учебное пособие для неэнергетических специальностей вузов-2-е издание переработанное и дополненное –М.:»Высшая школа»,1975г.-496с.

16