4.3 Выбор геометрии трубы и определение конструктивных параметров

Расчет выполняется с целью определения общей поверхности теплообмена со стороны горячего и холодного теплоносителей.

4.3.1 Определение геометрических параметров трубы

Общая длина трубы L, м определяется по формуле

, (57)

где – внутренний диаметр трубы, м.

Для данного теплообменного аппарата выбираем трубы, с внутренним диаметром , м и наружным диаметром , м.

Толщина стенки трубы , м определяется по формуле

. (58)

4.3.2 Определение количества труб в теплообменном аппарате

Количество труб N, шт в теплообменнике определяется как отношение площади необходимой для прохода трансформаторного масла к площади поперечного сечения одной

(59)

где – площадь, необходимая для прохода трансформаторного масла, м²;

– площадь поперечного сечения одной трубы, м².

Площадь поперечного сечения одной трубы , м² определяется по формуле

, (60)

Площадь, необходимая для прохода трансформаторного масла , м² определяется по формуле:

, (61)

где – скорость горячего теплоносителя внутри трубы, м/с [1].

Принимаем количество труб N, шт. ближе к стандарту.

Затем выбираем схему расположения труб и рассчитываем количество труб в одном ряду , труб

, (62)

где m – количество рядов.

Определяем длину одной трубы l, м по формуле:

, (63)

Принимаем количество заходов х.

Из ряда стандартных длин труб (ГОСТ 20764–79) выбираем трубы длиной l, м.

4.3.3 Расчет геометрии каналов

В качестве теплообменной поверхности принимаем оребренную монометаллическую трубу (рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 – Геометрические характеристики поперечно–оребрённых труб

На рисунке 4.3 приведены геометрические размеры оребренной трубы с накатанным шайбовым оребрением (с круглыми ребрами),

где – толщина стенки трубы, м;

– толщина ребра, м;

– высота ребра, м;

– шаг ребра, м;

– диаметр оребрения, м.

4.3.4 Определение коэффициента оребрения

Коэффициент оребрения определяет соотношение геометрических характеристик ребристой трубы и определяется по формуле

, (64)

4.3.5 Определение габаритных размеров теплообменного аппарата

Габаритные размеры теплообменного аппарата показаны на рисунке 4.4,

где B – ширина теплообменного аппарата, м;

H – высота теплообменного аппарата, м;

– длина теплообменного аппарата, м.

Рисунок 4.4 – Компоновка теплообменного аппарата для одного захода

Ширина теплообменного аппарата B, м определяется по формуле

. (65)

Высота теплообменного аппарата H, м определяется по формуле

. (66)

4.3.6 Расчет площадей теплообмена

Определяем площадь одного погонного метра трубы , м²

. (67)

Внутренняя поверхность трубы , м² определяется по формуле

. (68)

Рассчитываем общие поверхности теплообмена.

Общая наружная поверхность труб , м² определяется по формуле

. (69)

Общая внутренняя поверхность труб , м² определяется по формуле

. (70)

4.4 Поверочный тепловой расчет

Тепловой расчет выполняется с целью определения коэффициентов теплопередачи и запаса теплопередающей поверхности.

4.4.1 Расчет площадей для прохода теплоносителей

Средняя площадь поверхности теплообмена , м² определяется по формуле

. (71)

Определяем площадь сечения для прохода воздуха в узком сечении , м² по формуле

. (72)

Уточняем площадь сечения для прохода трансформаторного масла , м² по формуле

. (73)

4.4.2 Определение эквивалентных диаметров

Смоченный периметр для прохода воздуха П, м определяется по следующей формуле

. (74)

Эквивалентный диаметр по воздуху , м определяется из соотношения

. (75)

Эквивалентный диаметр по трансформаторному маслу , м равен внутреннему диаметру трубы

.

4.4.3 Определение скоростей теплоносителя

В предварительном тепловом расчете скорость движения теплоносителей внутри трубы была выбрана из ряда рекомендуемых скоростей и составляла м/с. В тепловом расчете скорость горячего теплоносителя , м/с уточняется по формуле

. (76)

Определяем скорость теплоносителя в межтрубном пространстве , м/с по формуле

. (77)

4.5 Расчет критериальных коэффициентов

Расчёт критериальных коэффициентов сводится к определению числа Нуссельта в зависимости от режима потока, необходимого для определения коэффициентов теплоотдачи со стороны теплоносителей. Расчёт критериальных коэффициентов при обтекании труб с поперечными круглыми рёбрами для шахматного расположения ведётся по методике IFTPE.

Определяем число Рейнольдса для установления режима течения масла по трубам

, (78)

где – коэффициент кинематической вязкости, который выбирается в зависимости от средней температуры трансформаторного масла по таблице [3] или из Приложения 1, м²/с.

В зависимости от полученного , выбираем режим течения теплоносителя в трубах. Для определения критерия Нуссельта используется следующее выражение

, (79)

где – критерий Прандтля, определяется по средней температуре трансформаторного масла по таблице [3] или из Приложения 1;

– коэффициент динамической вязкости масла, (кг·с)/м²;

– коэффициент динамической вязкости при средней температуре стенки (кг·с)/м².

Коэффициент динамической вязкости трансформаторного масла , (кг·с)/м² определяется по формуле

. (80)

Средняя температура стенки , °С определяется по формуле

. (81)

Коэффициент динамической вязкости при средней температуре стенки , (кг·с)/м² определяется по формуле

, (82)

где – плотность масла при средней температуре стенки, которая определяется по таблице [3] или из Приложения 1, кг/м³;

– коэффициент кинематической вязкости трансформаторного масла при средней температуре стенки, который определяется по таблице [3] или из Приложения 1, м²/с.

Определяем число Рейнольдса для охлаждающего теплоносителя, текущего в межтрубном пространстве

, (82)

где – коэффициент кинематической вязкости, который выбирается в зависимости от средней температуры воздуха по таблице [3] или из Приложения 1, м²/с.

В зависимости от полученного , выбираем характер течения теплоносителя в межтрубном пространстве. Для определения критерия Нуссельта используется следующая формула

(83)

где – критерий Прандтля, определяется по средней температуре воздуха по таблице [3] или из Приложения 1.