Практична робота № 4

Тема. Розрахунок теплообмінного апарату та вибір його за ГОСТом.

Мета. Навчитися розраховувати теплообмінні апарати і підбирати їх за ГОСТом.

Методичні вказівки

Кількість рідини, яку потрібно охолодити G_гар (кг/с) від t^гор_поч (⁰С) до t^гор_кін (⁰С). Охолодження проходить водою від t^хол_поч.(⁰С) до t^хол_кін (⁰С).

Всі значення рідини та води беруться у довідниковій літературі, яка вказана по тексту практичної роботи.

1. Теплове навантаження визначається за формулою:

Q = G_гар · C_гар ·(t^гор_поч – t^гор_кін), Вт. (4.1)

2. Витрата води на охолодження визначається за формулою:

g_хол = Q/[C_води (t^хол_кін – t^хол_поч)], кг/с. (4.2)

3. Середній температурний напір для протитока

t^гар_поч t^гар_кін

t^хол_кін t^хол_поч

t_max t_min

– якщо , то ; (4.3)

– якщо , то . (4.4)

4. Приймаємо, що рідина йде у трубний простір, а вода – у міжтрубний.

5. Розраховуємо кількість труб діаметром 25×2 мм, що треба мати на один хід теплообмінника у трубному просторі при турбулентному русі:

n = G_гар / [0,785 · d_внут · Re_тр · μ_рід]. (4.5)

Приймаємо приблизно значення Re_тр = 15000.

μ_рід – в’язкість рідини при її середній температурі, Па·сек [1, с.806].

Примітка: значення μ, С, λ, ρ брати [2, с.804-812].

t_сер = (t^гар_поч + t^гар_кін )/ 2, ˚С,

d_вн – внутрішній діаметр труби, м.

d_вн = 25 – 2 · 2 = 21 мм = 0,021 м

6. По таблиці [2, с.215, табл.4.12] приймаємо відповідний теплообмінник, маючи на увазі, що кількість трубок на один хід повинна бути трохи менше ніж ви отримали (n^′).

7. Уточнюємо значення Re:

Re_тр = G_гар / [0,785 · d_вн · μ · n^′]. (4.6)

Значення Re_тр повинно бути трохи менше ніж ви прийняли, але не менш ніж 10000, щоб режим руху рідини був турбулентний.

8. Розраховуємо коефіцієнт тепловіддачі від рідини до стінки (трубний простір):

Nu_тр = 0,021 · Ее · Re_тр^0,8 · Рr_тр^0,43 (Рr/Рr_ст1)^0,25, (4.7)

де Ее – коефіцієнт, який враховує вплив на α відношення довжини труби до її діаметра.

При L/d ≥ 50 Ее = 1.

Приймаємо (Рr/Рr_ст1)^0,25 = 1.

Рr_тр = (μ_рід · С_рід)/λ_рід. (4.8)

УВАГА! Ці фізико-хімічні характеристики брати з довідника при середній температурі рідини.

α_рід = Nu · λ_рід/ d_внут, Вт/м^2·К. (4.9)

Примітка: значення μ, С, λ, ρ брати [1, с.804-812].

9. Розраховуємо коефіцієнт тепловіддачі від стінки до охолоджуючої води в міжтрубному просторі.

Критерій Рr:

Рr_води = μ_в · С_в/λ_в, (4.10)

де μ, С, λ для води брати при t_сер^води = (t_поч^хол + t_кін^хол) / 2

Примітка: значення μ, С, λ, ρ брати [1, с.804-812].

Швидкість руху води у міжтрубному просторі:

ω_води = G_води /[0,785 · ρ_в(Д² – nd²)], м/с, (4.11)

де Д – внутрішній діаметр кожуха теплообмінника, м;

d – зовнішній діаметр трубки у теплообміннику, м;

n – загальна кількість труб, шт.

Критерій Re:

Re_в = (w · d_екв · ρ_в) / μ_в. (4.12)

d_екв = (Д² – nd²)/( Д + nd), м, (4.13)

де Д – внутрішній діаметр кожуха теплообмінника, м;

d – зовнішній діаметр трубки у теплообміннику, м.

n – прийняте число труб, шт.

Критерій Nu:

Nu = 1,72 · (d_екв · Re_в)^0,6 · Рr_в^0,33. (4.14)

Якщо Re при розрахунку буде менше 10000, то:

Nu = 1,16 ·(d_екв · Re_в)^0,6 · Рr_в^0,33. (4.15)

Коефіцієнт тепловіддачі:

α_в= [Nu · λ_в] / d_в, Вт/м²·К. (4.16)

10. Коефіцієнт теплопередачі розраховується за формулою:

, Вт/м²·К, (4.17)

де α₁, α₂ – коефіцієнт тепловіддачі, Вт/м²·К;

r_забр1, r_забр2 – термічні опори забруднень зі сторони теплоносіїв [2, табл.ХХХІ];

r_забр1 = 2900 Вт/м²·К – зі сторони води;

r_забр1 = 5800 Вт/м²·К – зі сторони рідини;

σ = 0,002 м – товщина стінки трубки;

λ – коефіцієнт теплопровідності стали, Вт/м·К [2, табл. ХХVIII].

11. Знаходимо площу поверхні теплообмінника за формулою:

F = Q/K · t_сер, м² (4.18)

12. Приймаємо необхідну кількість теплообмінників, беручи за основу той, що підбирали по пункту 6 і даємо характеристику [2, с.215, табл.4.12].

Кількість ходів –

Площа поверхні теплообміну, F, м²

Діаметр корпуса, Д, мм

Діаметр труб, d = 25×2 мм

Довжина труб, L, м

Число труб, n, шт.

Якщо за розрахунками буде декілька теплообмінників, то схема з’єднання – послідовна.

13. Розраховуємо запас поверхні теплообміну:

F =100· [(n · F – F_розр)] / F_розр, % (4.19)

де n – кількість теплообмінників;

F – поверхня теплообміну вибраного за ГОСТом теплообмінника, м²;

F_розр – поверхня теплообміну за розрахунком, м².