2.3 Определение коэффициентов теплоотдачи.
Коэффициент теплоотдачи от охлаждаемого газа к стенке трубки определяется по формуле:
,
(2.6)
где г - коэффициент теплоотдачи, Вт/м 2К;
dвн - диаметр трубки, (dвн = 0,008 … 0,012) мм;
г - коэффициент теплопроводности, Вт/мК;
Re - критерий Рейнольдса;
Pr - критерий Прандтля;
г = 1,05 - коэффициент, учитывающий влияние температурного фактора для охлаждаемого газа.
Диаметр трубки принимается равным 10 мм.
Коэффициент теплоотдачи от охлаждаемого газа к стенке трубки определяется с учетом числа трубок, по которым он протекает.
Число трубок, по которым протекает охлаждаемый газ, определяется по формуле:
,
(2.7)
где г - плотность газа, кг/м3;
г - скорость газа, (г = 15 … 30) м/с.
(2.8)
Скорость газа принимается равной 16 м/с.
.
Число трубок округляется до 127
Определяется значение действительной скорости газа:
Полученная скорость отличается на 6,5 % от рекомендованной, что удовлетворяет погрешности 10 %.
Критерий Рейнольдса определяется по формуле:
,
(2.9)
где г - коэффициент кинематической вязкости газа, м /с.
;
;
.
Коэффициент теплоотдачи от трубок к охлаждающей воде определяется по формуле:
,
где dэкв - диаметр эквивалентный, м;
в =1,02 - коэффициент, учитывающий влияние температурного фактора для нагреваемой воды.
Определяется проходное (живое) сечение межтрубного пространства по формуле:
,
(2.10)
где в - плотность воды, кг/м3;
в - скорость воды, (в = 1 … 3) м/с.
Скорость воды принимается равной 2 м/с.
.
Внутренний диаметр кожуха определяется по формуле:
;
(2.11)
,
(2.12)
где - толщина стенки трубы, ( = 0,002 … 0,004), м.
Толщина стенки трубы принимается равной 3 мм.
.
На схеме трубной доски размещаются отверстия под трубки с шагом:
.
Шаг должен быть не меньше минимального шага:
.
Принимается шаг равный 0,02 м.
Оценим новое значение скорости воды в межтрубном пространстве:
Определим число Рейнольдса:
;
;
;
Вычислим коэффициент теплоотдачи:
.
Схема расположения труб в трубной решетке представлена на рисунке 4.
Рисунок 4 - Схема расположения труб в трубной решетке
2.4 Определение коэффициентов теплоотдачи.
Коэффициент теплопередачи определяется простым соотношением по формуле:
,
(2.13)
где - толщина стенки, м;
ст - теплопроводность стенки, Вт/мК
При вычислении среднего диаметра необходимо соблюдать следующие правило: так как г < в , то dср = dвн = 0,01 м.
При малой толщине стенки трубки (теплопроводность ст = 226,785 Вт/мК) можно воспользоваться соотношением для плоской стенки.
Если при этом dнар /dвн < 1,5, то погрешность расчета не превышает 3%. Коэффициент Rзаг , учитывающий загрязнение стенок в ходе эксплуатации теплообменника, снижает обычно коэффициент теплопередачи на 20 - 30%. В данном случае dнар /dвн = 1,6 > 1,5.
Таким образом, коэффициент теплопередачи определяется по формуле:
(2.14)