2. Розрахунок пластинчатого теплообмінника

Рисунок 3.7.1 – схема руху теплоносіїв у теплообмінному апараті системи опалення

Розрахунковий температурний графік:

- температура мережевої води у подавальному трубопроводі °С;

- температура мережевої води у зворотному трубопроводі °С;

- температура води у подавальному трубопроводі системи опалення

=90°С;

- температура води у зворотному трубопроводі системи опалення

=70°С.

Теплове навантаження на систему опалення

0,11 МВт .

Середній температурний напір

, (3.7.6)

де , - відповідно більша та менша різниця температур.

°С,

°С.

Тоді середній температурний напір дорівнює:

°С.

Швидкість мережевої води у каналі:

, (3.7.7)

де z₁ – кількість каналів у теплообміннику зі сторони гріючого теплоносія, шт, приймаємо z₁=2 шт;

f₁ – площа поперечного розрізу каналу, м², по [23] приймаю для пластинчатого теплообмінника типа Р-0,3 р f₁=0,0011;

ρ₁ – густина води, кг/м³, [24] приймємо при

;

G_от – витрата мережної води на опалення.

. (3.7.8)

або , (3.7.9)

.

.

Коефіцієнт тепловіддачі визначається за формулою

, (3.7.10)

де λ₁ – коефіцієнт теплопровідності, приймаємо за [24]

N_u1 – критерій Нусельта, для турбулентного режиму визначаємо за формулою:

, (3.7.11)

де - число Прандтля при , [24] =1,6;

- число Прандтля при , [24] =3,54;

Re₁ - число Рейнольдса, визначаємо за формулою

, (3.7.12)

d_э – еквівалентний діаметр каналу, м, за [ 23] приймаємо d_э=0,008 м;

ν₁ – коефіцієнт кінематичної в’язкості, [24] ;

;

.

.

Швидкість води, що нагрівається, у каналі, м/с:

, (3.7.13)

де z₂ – кількість каналів у теплообміннику зі сторони води, що нагрівається, шт, приймаємо z₂= z₁ +1=3 шт;

ρ₂ – густина води, кг/м³ [24] приймаємо

;

G_от – витрата води системи опалення.

(3.7.14)

.

або . (3.7.15)

.

.

- коефіцієнт тепловіддачі визначається за формулою

, (3.7.16)

де λ₂ – коефіцієнт теплопровідності, приймаємо [24] .

N_u2 – критерій Нусельта, для турбулентного режиму, визначаємо за формулою:

, (3.7.17)

де - число Прандтля при ,[24] =2,21;

Re₂ - число Рейнольдса, визначємо за формулою:

, (3.7.18)

d_э – еквівалентний діаметр каналу, м, за [23] приймаємо d_э=0,008 м;

ν₂ – коефіцієнт кінематичної в’язкості, [24] ;

.

.

.

Коефіцієнт теплопередачі визначаємо за формулою, :

, (3.7.19)

де - термічний опір забруднення на стіні, за [23] приймаємо ;

δ_ст – товщина стінки пластини, приймаємо за [23] δ_ст=0,001 м;

λ_ст – коефіцієнт теплопровідності нержавіючої сталі, , за [23] λ_ст=16 .

.

Площа поверхні теплообмінного апарату

, (3.7.20)

де - середньологарифмічна різниця температур, ^˚С.

.

. Площа поперечного розрізу пакета

- по стороні ходу 1-го (гарячого) теплоносія

. (3.7.21)

.

- по стороні ходу 2-го (холодного) теплоносія

, (3.7.22)

.

Кількість каналів у одному пакеті

- для 1-го (гарячого) теплоносія визначаємо за формулою

. (3.7.23)

.

приймаємо m₁= 2 шт.

- для 2-го (холодного) теплоносія визначаємо за формулою

. (3.7.24)

.

приймаємо шт.

Число пластин у одному пакеті

- для 1-го (гарячого) теплоносія визначаємо за формулою:

. (3.7.25)

.

- для 2-го (холодного) теплоносія визначаємо за формулою:

. (3.7.26)

Поверхня теплообміну одного пакета

- для 1-го (гарячого) теплоносія визначаємо за формулою:

. (3.7.27)

.

- для 2-го (холодного) теплоносія визначаємо за формулою:

. (3.7.28)

.

Кількість пакетів у апараті

- по стороні хода 1-го (гарячого) теплоносія визначаємо за формулою:

. (3.7.29)

.

приймаємо Х₁=3;

- по стороні хода 2-го (холодного) теплоносія визначаємо за формулою:

. (3.7.30)

приймаємо Х₂=2.

Фактичну площа поперечного перерізу пакетів визначаємо за формулами:

. (3.7.31)

.

. (3.7.32)

.

Значення фактичної швидкості середовищ:

. (3.7.33)

.

. (3.7.34)

.

Оскільки значення фактичних швидкостей більше, ніж на 5% відрізняється від відповідних (формули (3.7.7), (3.7.13)), необхідно виконати перевірку – чи забезпечить обрана поверхня теплообміну передачу необхідної кількості теплоти при фактичних швидкостях середовищ.

Число Рейнольдса для гріючого середовища визначаємо за формулою (3.7.12):

.

Критерій Нусельта для гріючого середовища, для турбулентного режиму визначаємо за формулою (3.7.11):

.

Коефіцієнт тепловіддачі від гріючого середовища визначаємо за формулою (3.7.10):

.

Число Рейнольдса, для середовища що нагрівається, визначаємо за формулою (3.7.18)

.

Критерій Нусельта, для середовища що нагрівається, для турбулентного режиму визначаємо за формулою (3.7.17):

.

Коефіцієнт тепловіддачі, середовища що нагрівається, визначаємо за формулою (3.7.10):

.

Коефіцієнт теплопередачі визначаємо за формулою (3.7.19):

.

.

Площа поверхні теплообміну апарата, за формулою (3.7.20):

.

Кількість пластин в апараті:

. (3.7.35)

Приймаємо кількість пластин у апараті 14 шт.

Обираємо пластинчатий теплообмінник Р 0,3Р-3,16-2К.

Компоновка пластин .

Коефіцієнти гідравлічного опору одиниці відносної довжини каналу:

. (3.7.36)

. (3.7.37)

.

.

Гідравлічний опір пакетів пластин:

, (3.7.38)

де L_n – приведена довжина одного каналу, м, за [23] ;

;

. (3.7.39)

.