5.2 Кожухотрубный горизонтальный

Тепловой расчет конденсатора

Целью теплового расчета является определение площади теплообменной поверхности конденсатора.

, (5.20)

где k – коэффициент теплопередачи:

, (5.21)

где - тепловая нагрузка на конденсатор;

- средняя логарифмическая разность температур.

Средняя логарифмическая разность температур:

(5.22)

Температура воды на выходе из конденсатора:

(5.23)

где - разность между температурой воды на выходе из конденсатора и температурой конденсации.

Температура воды на входе в конденсатор

(5.24)

где - степень нагрева воды в конденсаторе.

Тепловая нагрузка на конденсатор:

(5.25)

Все теплофизические свойства воды определяются по ее средней температуре в конденсаторе:

, (5.26)

Расход охлаждающей воды, проходящей через конденсатор:

(5.27)

где С_W – удельная теплоемкость воды при средней температуре ее в конденсаторе, ,[1,с.64].

Принимается форма пучка труб (шахматный или коридорный) и скорость движения воды в трубах ( м/с) и геометрические размеры труб (d_вн, d_н, вид оребрения, коэффициент оребрения ( )).

Число труб в одном ходе:

(5.28)

где - плотность воды при средней температуре ее в конденсаторе, кг/м³ [1,с.161].

Значение n₁ округляют до ближайшего целого числа.

Уточняем скорость воды в трубах конденсатора:

(5.29)

Число Рейнольдса:

(5.30)

где - коэффициент кинематической вязкости, м²/с, [1,с.161].

Число Нуссельта при турбулентном движении:

, (5.31)

где Pr - число Прандтля для воды. [4,с.161].

Коэффициент теплоотдачи со стороны воды:

(5.32)

где λ - коэффициент теплопроводности воды. . [4,с.161].

Приняв суммарное термическое сопротивление стенки трубы и загрязнений равным =2,6*10^-4 м²К/Вт, получим уравнение для определения плотности теплового потока со стороны воды:

, (5.34)

(5.35)

Для дальнейших расчетов необходимо определить плотность теплового потока в конденсаторе q_вн. Точное значение q_вн на данном этапе установить не возможно, поэтому вычисляем ориентировочное значение q¹:

(5.36)

При расположении труб в трубной решетке в вершинах правильных треугольников и по сторонам правильных концентрических шестиугольников параметр m определим так:

(5.37)

где m – число труб по диагонали внешнего шестиугольника ( - число горизонтальных рядов труб в аппарате);

- горизонтальный шаг труб

- отношение длины трубы в аппарате к диаметру трубной решетки.

Полученное значение m округляют до ближайшего большего нечетного числа.

Коэффициент теплоотдачи со стороны конденсирующегося холодильного агента:

(5.38)

, (5.39)

где Δh=q_k – удельная теплота конденсации, кДж/кг;

- плотность жидкости, кг/м³; [1,с.20]

- коэффициент теплопроводности жидкости, [1,с.20];

- коэффициент динамической вязкости жидкости, [1,с.20];

- коэффициент, учитывающий изменение скорости пара по мере прохождения горизонтальных рядов труб и натекание с верхних рядов на нижние:

- для шахматного пучка труб;

- для коридорного пучка труб;

ψ_р - коэффициент, учитывающий различные условия конденсации на горизонтальных и вертикальных участках поверхности оребренной трубы ( ).

Плотность теплового потока со стороны холодильного агента:

(5.40)

Таким образом, получены уравнения для определения плотности теплового потока:

Данная система уравнений является трансцендентной отно­сительно q и . Наглядный и достаточно точный результат дает графоаналитический метод, основанный на том факте, что в уста­новившемся режиме работы аппарата имеет место равенство q_w = q_a = q_вн. Это позволяет определить фактическое значение плотности теплового потока в конденсаторе q_вн как ординату точки пересечения графических зависимостей q_w и q_a в координатных осях -q. Для построения упомянутых зависи­мостей предварительно вычисляют значение q для ряда значе­ний , которые принимают в пределах от 0 до .

По этим данным строятся кривые q_w=f( ) и q_а= ( ). Точка пересечения кривых определяет значение q_вн.

Определив графоаналитическим способом значения величин и q_вн, находят площадь внутренней поверхности теплопередачи:

F_вн = Q_к/q_вн ; (5.41)

Рисунок 11 – Тепловые потоки в кожухотрубном конденсаторе

Общее необходимое число труб в аппарате:

; (5.42)

Число ходов в аппарате по воде:

; (5.43)

После расчета принимается четное число ходов и уточняется общее число труб:

; (5.44)

Если , то принимают следующее нечетное число m и снова определяют необходимое число труб в аппарате .

Диаметр трубной решетки:

; (5.45)

После расчета принимается ближайший больший диаметр трубы.

Длина одной трубы в аппарате:

(5.46)

Проверяем отношение l/D, которое должно быть в пределах . Если это условие не выполняется, то необходимо повторить расчет, изменяя значения коэффициентов и других подбираемых величин в установленных пределах.

Если конденсатор работает в составе агрегатированной холодильной машины, то для сбора жидкого холодильного агента отдельный ресивер не предусматривается. В этом случае нижняя часть корпуса используется как ресивер. Для этого освобождаются нижних ряда теплообменных труб.

Для того, чтобы использовать часть аппарата под ресивер, освобождаем трубный пучок от нижних рядов. Число исключенных труб:

, (5.47)

где i – число исключаемых рядов труб.

Число оставшихся труб:

n_ост = n_необх-n_иск (5.48)

После определения числа оставшихся труб далее рассчитывают необходимые величины (см. ранее).