3. Тепловий розрахунок теплообмінного апарату

3.1Определение средней теплоемкости воды в интервале температур от t₁ до t₂

(3.1)

где с₁ и с₂ – средние теплоемкости воды в интервале температур соответственно от 0^оС до t₁ и до t₂, которые находятся методом интерполяции по таблице «Теплофизические характеристики воды».

3.2 Определение количества теплоты для нагрева секундного расхода воды М_в от температуры t₁ до температуры t₂

(3.2)

3.3 Определение количества теплоты, получаемого от пара

θ_n= θ_в / ε, (3.3)

где з – коэффициент _ас хода действия _ас хода_ивних _ас ход.

Для _ас ход _ас хода_ивних теплообменных аппаратов

ε = 0,97…0,99.

4. Определение секундного _ас хода пара

(3.4)

где h^11Ч – удельная энтальпия сухого насыщенного пара;

h¹– удельная энтальпия воды, кипящей га линии насыщения;

Δh=10…20 кДж – разность энтальпий кипящей воды и конденсата из-за переохлаждения последнего на 3…5^оС на более холодных трубах.

Величины h¹ и h¹¹ находятся по таблице «Термодинамические характеристики воды и водяного пара на линии насыщения» для заданного давления р.

4. Определение температурного напора на входе и выходе теплообменника

_(3.5.1)

_(3.5.2)

где t_n – температура насыщения пара, она находится по таблице «Термодинамические характеристики воды и водяного пара на линии насыщения» для заданного давления р.

4. Определение среднелогарифмического температурного напора

(3.6)

4. Определение средней температуры воды в трубах

(3.7)

4. Выбор типа труб теплообменника

Диаметр труб и шаu трубного пучка существенно влияют на компакт и массу теплообменника. Удельная поверхность нагрева обратно пропорциональна диаметру труб. Уменьшение диаметра труб приводит к уменьшению объема теплообменника, однако использование мелких трубок увеличивает производственные затраты и затрудняет очистку теплообменника в процессе эксплуатации. Поэтому обычно применяют трубы диаметром 12 мм.

В рекуперативных теплообменных аппаратах при использовании пара в теплоносителя применяют латунные трубы, которые выбирают из асортемента труб.

4. Предварительное задание режима течения воды в трубах

Для обеспечения наилучшей теплоотдачи режим течения воды в трубах должен быть турбулентным. Из формулы числа Рейнольдса скорость воды в трубах

(3.8)

где ν_в – кинематический коэффициент вязкости воды при средней температуре воды t_в

d_в – внутренний диаметр труб.

4. Определение количества труб, обеспечивающих прохождение заданного количества воды

(3.9)

где ρ_в – плотность воды при средней температуре t.

Полученное число округляют до меньшего целого z₁. При этом скорость води в трубах будет:

3.11 Определение числа Рейнольдса при количестве труб z₁

(3.10)

3.12. Расчет характеристик теплообмена в первом приближении.

3.12.1 Определение средней температуры стенки трубы в первом приближении

(3.11)

3.12.2 Определение среднего температурного напора от пара к стенке

_(3.12)

3.12.3 Определение безразмерного коэффициента теплопередачи от трубы к воде

(3.13)

где Рr_в и Pr_c – числа Прандтля соответственно при температурах t_в и t_c.

Выражение (3.13) действует при Re – 10⁴. 5 10⁶ и Pr – 0,6…2500.

Для переходного режима (2300<Re 10⁴) правая часть выражения (3.13) умножается на поправочный коэффициент ε_n, значения которого приведены в следующей таблице 1.

Таблиця 1 Залежність коефіцієнта ε_n від числа Рейнольдса.

Re	2300	3000	4000	5000	6000	8000	10000
εn	0,40	0,57	0,72	0,81	0,88	0,96	1,0

3.12.4. Определение коэффициента теплопередачи от стенки трубы к воде

(3.14)

Где λ _в -коэфициент теплопроводности води при средней температуре.

Далее из-за различия методик, определения коэффициента теплоотдачи конденсата к стенке трубы расчет приводится отдельно для горизонтального и вертикального расположения труб.

А ПРИ ГОРИЗОНТАЛЬНОМ РАСПОЛОЖЕНИИ ТРУБ

3.12.5 Определение режима течения пленки конденсата.

Обозначим А – комплекс физических величин.

(3.15)

где g=9,81 м/с²,

λ – коэффициент теплопроводности конденсата;

ρ – плотность конденсата;

r – удельная теплота парообразования,

ν – кинематическая вязкость конденсата.

Теплотехнические характеристики конденсата находят по таблице «Теплофизические характеристики воды» при температуре насыщения пара

Число Рейнольдса рассчитывают по формуле [1]:

(3.16)

При Re_k 400 режим течения пленки конденсата – ламинарный.

3.12.6 Определение коэффициента теплопередачи от конденсата к стенке.

При ламинарном течении пленки конденсата среднее значение коэффициента теплоотдачи по поверхности рассчитывают по формуле [2]

(3.17)

где ε₁ – экспериментальный поправочный коэффициент.

(3.18)

где μ и μ _с – динамическая вязкость конденсата при температуре насыщения пара t_n и температуре стенки t_c.

л_с – коэффициент теплопроводности конденсата при температуре стенки t_c.

В ПРИ ВЕРТИКАЛЬНОМ РАСПОЛОЖЕНИИ ТРУБ

3.12.5 Задание режима течения пленки конденсата и определение критической высоты трубы.

На практике наиболее часто используют ламинарно-волновой режим течения пленки, которому соответствует число Рейнольдса 400 Re_k 1600.

Число Рейнольдса рассчитывают по формуле [1]:

Re_k=3,2 (3.19)

Где А – комплекс физических величин. Его расшифровка приведена в выражении (3.15).

При расчете в первом приближении задают ламинарно-волновой режим течения пленки с числом Рейнольдса равным критическому и из выражения (3.9) определяют критическую высоту трубы

Н_к= (3.20)

3.12.6 Определение коэффициента теплоотдачи от конденсата к стенке при Н = Н_кр и Re_k =Re_кр.

Среднее по высоте значение коэффициента теплоотдачи конденсата рассчитывают по выражению [1]

Обозначим А – комплекс физических величин.

(3.21)

B=4/(r ρ ν) (3,22)

Коэффициента теплоотдачи определяют в первом приближении при критических значениях числа Рейнольдса и высоты труб

(3,23)