Определяем скорость воды в трубках теплообменника по формуле:

G₁

v = —— = ————---—— = ____ (м/с);

ρ₁ · f ____ _________

Вычисляем значение критерия Рейнольдса при определяющей температуре жидкости t_{1ср =} t_1ж = ___ º С, коэффициент кинематической вязкости для воды при определяющей температуре составляет ν₁ = ______ м²/с, в качестве определяющего размера канала принимаем внутренний диаметр теплообменной трубки – 18 мм, или 0,018 м.

v · d ___ · 0,018

Rе_d,ж = ——— = ————— = ______ > 2300;

ν₁ _________

Режим движения жидкости в теплообменных трубках турбулентный.

Для определения искомого коэффициента теплоотдачи используем критериальное уравнение вида:

Nu_d,ж = 0,021 · Re^0,8_d,ж · Pr^0,43_1ж · (Pr_1ж/Pr_1ст)^0,25 ε_ι;

В качестве определяющего размера канала принимаем внутренний диаметр теплообменной трубки – 18 мм, или d = 0,018 м; длина канала – теплообменной трубки по конструкции теплообменника составляет 500 мм, или l = 0,5 м, следовательно:

l/d = 0,5/0,018 = 27,7 < 50  ε_ι = 1,04; (по таблице 3 )

Nu_d,ж = 0,021 · _____^0,8 · ____^0,43 · (___/___)^0,25 · 1,04 = _____;

Nu_d,ж · λ ____ · _____

α₁ = —————— = —————— = _____ Вт/(м² · º С);

d 0,018

Таким образом, коэффициент теплоотдачи от жидкости к внутренней поверхности теплообменной трубки составляет: α₁ = _____ Вт/(м² · º С).

11. Определяем коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности оребрения теплообменных трубок к нагреваемой среде - воздуху. Расчёт ведём для третьего ряда труб по ходу воздуха.

Определяем действительную скорость во фронтальном живом сечении теплообменника выбранного типоразмера:

G₂ ____

v = ———— = ————— = ____ м/с;

ρ · F_фронт ____ · ____

Вычисляем значение критерия Рейнольдса при определяющей температуре жидкости t_2ср = =t_2ж = ____ º С, коэффициент кинематической вязкости для воздуха при определяющей температуре составляет ν₂ = ______ м²/с, в качестве определяющего размера принимаем наружный диаметр теплообменной трубки – 25 мм, или 0,025 м.

v · d ___ · 0,025

Rе_d,ж = ——— = ————— = ______ > 2300;

ν₂ ______

Режим движения турбулентный.

Критериальное уравнение при внешнем поперечном обтекании третьего ряда шахматного трубного пучка имеет вид:

Nu_d,ж = 0,4 · Re^0,6_d,ж · Pr^0,36_2ж;

Nu_d,ж = 0,4 · _____^0,6 · ____^0,36 = _____;

Nu_d,ж · d ____ · 0,025

α₂₍₃₎ = —————— = —————— = ______ Вт/(м² · º С);

λ₂ _______

Таким образом, коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности теплообменной трубки третьего ряда пучка к воздуху составляет: α₂₍₃₎ = _____ Вт/(м² · º С).

Средний коэффициент теплоотдачи по трубному пучку определим как средневзвешенное значение с учётом снижения внешней теплоотдачи при поперечном обтекании для первого ряда труб до 60 %, а второго ряда труб до 70 % от теплоотдачи третьего ряда труб для шахматного пучка. Для теплообменника параметрического ряда Кск площадь внешней оребрённой поверхности каждого ряда труб принимаем одинаковой:

F₁ = F₂ = F₃ = соnst;

Тогда среднее значение коэффициента теплоотдачи по трубному пучку определяем по формуле:

0,6 · α₂₍₃₎ · F₁ + 0,7 · α₂₍₃₎ · F₂ + 1,0 · α₂₍₃₎ · F₃ 0,6 · α₂₍₃₎ + 0,7 · α₂₍₃₎ + 1,0 · α₂₍₃₎

α_2ср = —————————————————— = ————————————— ;

F₁ + F₂ + F₃ 3

0,6 · ____ + 0,7 · ____ + 1,0 · _____

α_2ср = ———————————————— = 0,767 · ____ = ____ Вт/(м² · º С).;

3

12. Определяем средний коэффициент теплопередачи трубного пучка.

Для расчёта используем зависимость для теплопередачи через многослойную цилиндрическую стенку. Поскольку теплообменная трубка имеет внешнее оребрение, расчёт будем производить с учётом увеличения внешней поверхности теплообменной трубки по модифицированной формуле с отнесением коэффициента теплопередачи к площади оребрённой внешней поверхности теплообменной трубки. Удельная поверхность наружного оребрения составляет 1,058 м² на погонный метр длины теплообменной трубки.

1

k = —————————————————————— ;

F_н F_н d₂ F_н d₃ 1

———— + ———— ln — + ———— ln— + —

α₁ π d₁ L 2 λ₁ π L d₁ 2 λ₂ π L d₂ α₂

К расчёту принимаем следующие параметры:

L = 1,0 м;

d₁ = 0,018 м;

λ₁ = 60 Вт/(м · º С), (сталь);

d₂ = 0,021 м;

λ₂ = 200 Вт/(м · º С), (алюминий);

d₃ = 0,025 м;

F_н = 1,058 м²/п.м;

α₁ = ______ Вт/(м² · º С).

α_2ср = ______ Вт/(м² · º С).

1

k = ———————————————————————————————— 

1,058 1,058 0,021 1,058 0,025 1

———————— + ————— ln —— + —————— ln —— + ——

____·3,14·0,018·1,0 2·60·3,14·1,0 0,018 2·204·3,14·1,0 0,021 ____

 _____ Вт/(м² · º С).

13. Определяем требуемую площадь теплообменной поверхности воздухонагревателя:

Q

F_треб = ——— ;

k · ∆t

здесь: Q = ________ Вт – теплопроизводетльность теплообменника;

k = ________ Вт/(м² · º С) – коэффициент теплопередачи трубного пучка;

∆t = ________ ^оС – среднелогарифмический температурный напор.

F_треб = —————— = ______ м² < F_тоб = _____ м²,

____ · ______

14. Фактическая балансовая теплопроизводительность принятого теплообменника:

Q_б = k · ∆t · F_тоб = кВт;

Невязка (запас) теплопроизводительности:

Q_б - Q

∆ = ——— · 100 % = < 20 %;

Q

15. Фактическая поверхностная теплопроизводительность принятого теплообменника:

t₁' – t₂'

Q_пов = ———————————— = кВт;

1 1 1

——— + ——— + ———

k · F_тоб 2 · W₁ 2 · W₂

Невязка (запас) теплопроизводительности:

Q_пов – Q

∆ = ————— · 100 % = < 20 %;

Q

16. Конечные температуры теплоносителей:

Q_повер.

Вода t₁'' = t₁' – ——— = _______ ^оС;

W₁

Q_повер.

Воздух t₂'' = t₂' + ——— = ______ ^оС;

W₂

Вывод: запас теплопроизводительности принятого теплообменника находится в пределах допустимого ( _____ % < 20 % ).