Розрахунок теплообмінних апаратів.

Завдання|задавання| 6.

Дано: двотрубний протиточний теплообмінник, призначений для охолоджування|охолодження| рідкого холодильного агента після|потім| конденсатору. Діаметр внутрішніх труб|труба-конденсаторів| d і зовнішніх D.

У теплообміннику потрібно охолодити m кг/с холодильного агенту від температури насичення t_н| = t_x1| до температури t_x2|. Температура води, що охолоджує, на вході в апарат t_в1|, на виході з|із| нього t_в2|. Вода рухається|суне| по внутрішніх трубах|труба-конденсаторах|; холодильний агент охолоджується|охолоджує| в |трубному| просторі між трубами|простір-час|. Визначити поверхню теплообмінника, а також довжину і число труб|труба-конденсаторів|, що створюють вибрану принципову конструкцію апарату. Зобразити|змальовувати| схему теплообмінного|теплообмін| апарату.

Вказівки: прийняти теплопровідність сталі|стали| λ_ст| =45 Вт/м·К, міді λ_м| = 384 Вт/м·К. Розрахунок здійснити для чистої|часток| поверхні і за наявності забруднень у вигляді шару масла|мастила,олії| (з боку агента) δ_м| = 0,05 мм, (λ_м| = 0,139 Вт/м·К) і шару водяного каменя (з боку води) δ_в| = 0,5 мм (λ_в| = 1,745 Вт/м·К).

Таблиця №6

Передостан. цифра шифру	Холод- агент	Внутрі-шні труби|труба-конденсатори| dxδ, мм	Зовні-шні труби|труба-конденсатора| Dx|δδ, мм	Матері-ал труб	Останняцифра шифру	Витрата холод- агента, m,кг/с	Температура, °С|
							Холодагента		Води
							На вхо-ді, tx1|	На виході, tx2|	На вхо-ді, tв1|	На виході, tв2|
0	Аміак	20х3,5	40х3	Сталь	0	0,120	32,5	23	20	26
1	Фреон12	10х1	38х1,5	Мідь	1	0,090	25,0	17	14	20
2	Фреон22	15х3	28х3	Сталь	2	0,121	35,0	27	25	29
3	Аміак	28х3,5	47х3	Сталь	3	0,133	30,5	21	18	24
4	Фреон12	12х1	25х1,5	Мідь	4	0,105	34,8	26	24	28
5	Фреон22	18х1,5	30х1,5	Мідь	5	0,128	35,0	19	16	22
6	Аміак	23х3	38х3,5	Сталь	6	0,110	40,0	30	28	32
7	Фреон12	14х1,5	25х1,5	Мідь	7	0,132	30,0	24	22	26
8	Фреон22	20х3,5	40х3	Сталь	8	0,098	37,8	29	26	32
9	Аміак	38х3,5	57х3	Сталь	9	0,152	35,6	27	25	29

Методика вирішення завдання|задавання| 6.

Дано: Конденсат холодильного агента аміаку охолоджується|охолоджує| в двотрубному протиточному теплообміннику води. Труби|труба-конденсатори| сталеві. Внутрішні труби|труба-конденсатори| завтовшки 3,5 мм, мають зовнішній діаметр 38 мм, зовнішні труби|труба-конденсатори| завтовшки 3 мм, мають зовнішній діаметр 57 мм. Витрата аміаку – 0,152 кг/с. Температура аміаку на вході 35,6°С| на виході 27°С|, води – відповідно 25°С| і 29°С|.

Рішення|розв'язання,вирішення,розв'язування|:

1. Середня логарифмічна різниця температур (середній температурний натиск|напір|) в теплообміннику становить:

,

(°С).

2. Середня температура теплоносіїв в теплообмінному|теплообмін| апараті:

а) Води

, (⁰С).

б) Холодильного агента

, (⁰С).

3. Середня температура стінки трубки|люльки|, що розділяє теплоносії:

, (⁰С).

4. Теплофізичні характеристики теплоносіїв при середній температурі (Додаток,|застосування|,,,,бббббб табл. 5 – 9).

а) води при t_в| = 27°С: |густина – ρ_в| = 996,4 кг/м³; теплоємність – C_в| = 4,18 кДж/кг·К; кінематична в'язкість – ν_в| = 0,865·10^-6 м²/с; теплопровідність – λ_в| = 0,612 Вт/м·К; критерій Прандтля води - Pr_в = 5,9; сталі (при t = 29°С|) Pr_ст = 5,6.

б) аміаку при t_x| = 31°С: густина|гггггггггггг666ппгггоренікпрлвдардварпкщ – ρ_х| =593,7 кг/м³; теплоємність – C_х| = 4,81 кДж/кг·К; кінематична в'язкість – ν_х| = 0,228·10^-6 м²/с; теплопровідність – λ_х| = 0,17 Вт/м·К; критерій Прандтля аміаку - Pr_х = 1,38; сталі (при t = 22°С|) - Pr_ст = 1,39.

5. Теплове навантаження на апарат:

,

(кВт)

6. Витрата води в теплообміннику:

, (кг/с).

7. Швидкість води в апараті:

, (м/с).

8. Число Рейнольдса для води:

, .

Для води характерний розвинений турбулентний рух, при якому критерійне рівняння має вигляд|вид|:

,

.

, (Вт/м²·К).

9. Швидкість рідкого холодильного агента в апараті:

,

(м/с).

10. Коефіцієнт тепловіддачі з боку рідкого розчину:

, (м).

, .

Для рідкого аміаку характерний розвинений турбулентний рух.

;

, (Вт/м²·К).

11. Коефіцієнт теплопередачі, віднесений до внутрішньої поверхні труби,|труба-конденсатора| омиваною водою:

а) чистою

,

(Вт/м²·К)

б) забрудненою

, де δ_в і λ_в, δ_м і λ_м - з|із| початкових умов.

(Вт/м²·К).

12. Поверхня теплопередачі апарату:

а) чиста

, (м²|).

б) забруднена

, (м²|).

13. Загальна|спільна| довга труб|труба-конденсаторів|:

а) без забруднень

, (м).

б) з|із| забрудненнями

, (м).

14. Загальна кількість|спільне| труб|труба-конденсаторів| в теплообміннику. Приймаємо довжину однієї труби|труба-конденсатора| = 2,5 м і отримуємо|одержуватимемо|:

, труб.|труба-конденсаторів|……..|труба-конденсаторів|

Розрахунок теплообмінних|теплообмін| апаратів при охолоджуванні|охолодженні|.

Завдання|задавання| 7.

Дано: Шорсткотрубна батарея розсолу є дворядним змійовиком з|із| горизонтальних, сполучених|з'єднаних| калачами сталевих труб|труба-конденсаторів| (λ_ст| = 45 Вт/м·К) діаметром d. Відстань між трубами|труба-конденсаторами| і між рядами|лавами,низками| S. Батарея призначена для охолоджування|охолодження| камери схову харчових продуктів. Температура повітря в камері t_в|, відносна вологість|вогкість| φ. Розсіл – водний розчин солі|соль|. Швидкість руху розсолу 0,1 м/с, температура на вході в батарею t_р1|, при виході з|із| неї – t_p2|.

Визначити: коефіцієнт теплопередачі і поверхню охолоджування|охолодження| батареї.

Вказівки: розрахунок виконати для чистої поверхні труб|труба-конденсаторів| і для випадку, коли на зовнішній поверхні труб|труба-конденсаторів| утворюється снігова|снігова| шуба товщиною δ_сн = 6| мм (λ_сн| =0,233 Вт/м·К).

Для надійної роботи батареї розсолу температура замерзання розчину повинна бути на 3 – 5°С| нижче за температуру розсолу, що поступає|надходить| в батарею (t_р1|).

Таблиця №7

Перед-остання цифра шифру	Діаметр труби|труба-конденсатора| d×|δδ, мм	Відстань між трубами|труба-конденсаторами| S, мм	Остання цифра шифру	Параметри повітря камери		Розчин солі	Температура розчину, °С|
				tв|, °С|	φ, %		На вході tp1|	На виході tp2|
0	30х2,5	150	0	0	80	NaCl	-12	-8
1	40х2,5	140	1	-2	85	CaCl2|	-13	-11
2	50х3,0	170	2	2	80	NaCl	-8	-6
3	57х3,0	160	3	-10	95	CaCl2|	-20	-18
4	46х3,0	150	4	-15	98	CaCl2|	-26	-23
5	35х2,5	150	5	-1	85	CaCl2|	-12	-9
6	48х3,0	160	6	-12	96	CaCl2|	-25	-22
7	52х3,0	170	7	1	80	NaCl	-10	-8
8	42х2,5	160	8	2	80	NaCl	-9	-6
9	57х3,0	170	9	0	80	NaCl	-11	-9

Методика вирішення завдання|задавання| 7.

Теплофізичні властивості розчину NaCl| (див. Додаток|застосування|):

а) Температура замерзання – 15,1°С|, що відповідає концентрації 18,8%.

б) Фізичні характеристики розсолу приймаємо при середній температурі

t_ср| = 0,5(t_р1| + t_р2|)= - 10⁰С.

густина ρ_р| = 1148 кг/м³, коефіцієнт об'ємного розширення β_р = 3,1·10^-4 1/К, теплоємність С_р = 3,43 кДж/кг·К, кінематична в'язкість ν_p| = 3,4·10^-6 м²/с, теплопровідність λ_р| = 0,533 Вт/м·К, критерій Прандтля Pr_р| = 24,8.

Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі розсолу. Для того, щоб встановити режим руху розсолу, знаходимо|находимо| критерій Рейнольдса:

, .

Режим руху розсолу – ламінарний|.

При ламінарному| русі розсолу критерійне рівняння має вигляд|вид|:

.

Приймаємо температури стінки труби|труба-конденсатора| з боку розсолу і з боку повітря однаковими t_ст| = - 9,5°С.|.. При цьому .

Обчислюємо|обчисляємо| критерій Грасгофа:

, .

Обчислюємо|обчисляємо| критерій Нуссельта:

, .

, (Вт/м²·К).

Визначимо коефіцієнт тепловіддачі з боку повітря:

Коефіцієнт променистого обміну

(Вт/м²·К),

де ψ – коефіцієнт опроміненості для дворядних батарей, рівний 0,72

при S/d <4, ε_пр| – приведений ступінь|міра| чорноти.

, ,

де ε₁| – ступінь|міра| чорноти поверхні труб|труба-конденсаторів| (ε₁= 0,92|), ε₂| – ступінь|міра| чорноти стін камер, що виштукатурені (ε₂| = 0,91|).

(Вт/м²·К).

Коефіцієнт конвективного теплообміну знаходимо|находимо| з|із| критерійного рівняння для вільного руху в горизонтальній трубі|труба-конденсаторі|:

.

Фізичні властивості повітря при t_в| = 0°С|:

Теплопровідність λ_в = 2,44·10^-2| (Вт/м·К), кінематична в'язкість ν_в = 13,28·10^-6| (м²/с).

,

.

Знаходимо α_к|

, (Вт/м²·К).

Коефіцієнт волговипадіння| визначається:

,

де d і d'' – вміст вологи| в повітрі камери і на|біля,в| поверхні батарей (визначають за допомогою діаграми вологого|вогкого| повітря).

d = 30,6 г/кг при t_в| = 0°С| і φ = 80%;

d'' = 19,0 г/кг при t_ст| = -9,5^°С і φ = 100%.

.

Загальний|спільний| коефіцієнт віддачі з боку повітря

(Вт/м²·К).

Коефіцієнт теплопередачі:

, (Вт/м²·К).

Витрата розсолу:

,

(кг/с).

Теплове навантаження на батарею:

,

(Вт).

Визначаємо площу поверхні батареї:

, (м²|).

Знаходимо|находимо| поверхню батареї за наявності на трубах|труба-конденсаторах| снігової шуби:

, (Вт/м²·К).

(м²|).