2 Тепловой расчет противоточного рекуперативного теплообменника

2.1 Определение массовых секундных расходов теплоносителей

На основе уравнения теплового баланса, при отсутствии потерь тепла в фазовых переходах теплоносителей ( ), массовый секундный расход теплоносителей определяется по формуле

G-массовый секундный расход,кг/с;

Q-тепловой поток, Вт;

∆і- изменение энтальпии, Дж/кг.

Где – средняя изобарная теплоёмкость, Дж/кг*К;

-изменение температуры, (для газа , для воды )  ºС

Температурные условия работы теплообменника, необходимые для вычисления массовых секундных расходов теплоносителей и значения массовых секундных расходов теплоносителей определены в пункте 2.2

2.2 Определение температурных условий работы теплообменника

Средняя по длине теплообменника температура воды определяется по формуле:

ºС

Где – температура на входе, ºС

-температура на выходе, ºС

Средняя по длине теплообменника температура газа определяется по формуле:

Где – среднелогарифмический температурный напор между теплоносителями.

ºС

ºС

По полученным значениям и определяются теплофизические характеристики теплоносителей, которые представлены в таблице 2.

Таблица 2-Теплофизические характеристики теплоносителей [1].

Параметр	Газ	Параметр	Вода
Т, К	396,7	,ºС	28,5
, кг/м³	0,898	, кг/м³	995,6
, кДж/кгК	1,009	, кДж/кгК	4,173
, Вт/мК	3,34	, Вт/мК	0,62
, м²/с	36,8	, кДж/кг	125,66
, м²/с	25,45	, Нс/м²	81,7
	0.686		5,41
-	-	p, МПа	0,0043

2.3 Определение коэффициентов теплоотдачи.

Коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к воде (жидкости) вычисляется по формуле

,

- коэффициент теплоотдачи, Вт/м²К

- диаметр трубки ( = 8…12 мм)

-коэффициент теплопроводности, Вт/мК

- критерий Рейнольдса

- критерий Прандтля

=105 – коэффициент, учитывающий влияние температурного фактора для охлаждаемого газа

мм

Коэффициент теплоотдачи от охлаждаемого газа к стенке трубки определяют с учетом числа трубок, по которым он протекает, ориентировочно это число может быть найдено по формуле:

Где, - плотность газа, кг/м³;

- скорость газа, ( ), м/с

Скорость газа принимается равной 20 м/с

Число трубок округляется до 91

Определяется значение действительной скорости газа

Полученная скорость отличается на 5,5% от рекомендованной, что удовлетворяет погрешности 10%.

Критерий Рейнольдса определяется по формуле:

Где - коэффициент кинематической вязкости газа, м²/с

м²/с

Вт/м²К

Коэффициент теплоотдачи от трубок к охлаждающей воде определяется по формуле:

Где - диаметр эквивалентный, м;

=1,05 – коэффициент, учитывающий влияние температурного фактора для нагреваемой воды.

Определяется проходное (живое) сечение межтрубного пространства по формуле:

Где -плотность воды, кг/м³

-скорость воды, ( =1…3) м/с

Скорость воды принимаем равной 2 м/с;

м²

Внутренний диаметр кожуха определяется по формуле:

м

Где - толщина стенки трубы, ( = 2…4) мм

Толщину стенки трубы принимаем равной 2мм

м

На схеме трубной доски размещаются отверстия под трубки с шагом:

= (1,25…1,3) =1,25∙0,014=0,0175м

Шаг должен быть не меньше минимального шага:

= (1,23…1,28) =1,23∙0,014=0,0172м

Принимаем шаг равный 0,02м

Кожухотрубчатые теплообменники – наиболее распространённая конструкция теплообменной аппаратуры. По ГОСТ 9929-82 стальные кожухотрубчатые теплообменные аппараты изготовляют следующих типов: ТН – с неподвижными трубными решётками; ТК – с температурным компенсатором на кожухе; ТП – с плавающей головкой; ТУ – с U-образными трубами; ТПК – с плавающей головкой и компенсатором на ней.

Данная работа посвящена расчету противоточного кожухотрубчатого теплообменника-холодильника газотурбинной наземной установки замкнутого цикла. Основными элементами кожухотрубчатых теплообменников являются пучки труб, трубные решетки, корпус, крышки, патрубки. Концы труб крепятся в трубных решётках развальцовкой, сваркой и пайкой.