5.3 Определение диаметров труб теплообменника
Предполагается два варианта движения жидкостей:
1)Агент (вода или рассол) движется по внутренней трубе, а продукт в межтрубном пространстве.
2
)Продукт
движется по внутренней трубе, а агент
(вода) в межтрубном пространстве
S2
S1
Из уравнения расхода для жидкости перемещающейся в трубном пространстве (сечение S1 определить внутренний диаметр (dB, м) меньшей трубы.
dB
=1,13
,
м или dB
=1,13
,
м (7)
Из уравнения расхода жидкости перемещаемой в кольцевом сечении (S2) определить внутренний диаметр большой трубы, м:
DB
=
,
м или DB
=
,
м (8)
где 1, 2 — соответственно скорости движения жидкостей в межтрубном и трубном пространствах, принимаемые в пределах (0,7 — 2 м/с);
п, р— соответственно плотности (кг/м3) продукта и агента (воды), принимаемые по таблицам(2,3).
Окончательно принимаем (из таблицы 4 ) по ГОСТ 9930-78 диаметры труб dн и Dн, ближайшие к рассчитанному. Рекомендуется применять кожуховые трубы с наружным диаметром Dн - 57, 76, 89, 108, 133, 159, 219 мм.
5.4. Определение коэффициента теплопередачи
Коэффициент теплопередачи (К, Вт/(м2•К) определяется с учетом термического сопротивления загрязнения со стороны охлаждающей жидкости:
К = (1/1+1/2+RCT)-1,Вт/ (м2•К) (9)
где 1, 2 - соответственно коэффициенты теплоотдачи от греющего теплоносителя к стенке трубы и от стенки к нагреваемой жидкости, Вт/ (м2 ч);
- RCT - термическое сопротивление стенки трубы м2/( Вт •К);
RCT = СТ/СТ+ЗАГ/ ЗАГ , (м2 •К)/Вт.;
где СТ, ЗАГ — толщина металлической стенки трубы и загрязнения, м; (ЗАГ принять 0.5— 1 мм);
СТ - коэффициент теплопроводности стенки трубы, Вт/(м•К);
Величину термического сопротивления загрязнения ЗАГ/ ЗАГ для холодильных агентов, из которых откладывается загрязнение на поверхности теплообмена принять равной 0,0002 (м2 •К)/Вт.
5.5. Определение коэффициентов теплоотдачи
Величина коэффициентов теплоотдачи зависит от гидродинамических факторов, их физических параметров, геометрических размеров поверхности теплообмена и представляет собой сложную функциональную зависимость, реализуемую с помощью теории подобия из критериального уравнения Нуссельта, характеризующего интенсивность теплообмена в Вт/ (м2 ч)
Nu
=
(10), откуда п,
р =
(11)
Если оба теплоносителя являются жидкостями и движение является вынужденным (например, насосная подача), критерий Нуссельта является функцией критериев Рейнольдса и Прайдля: Nu = f (Re; Rr)
В этом случае сначала необходимо определить критерии Рейнольдса и Прандля для обоих сред:
Re=
(12)
Pr=
(13)
где -скорость движения среды по трубам (принимают в пределах 0,7-2 м/с);
– коэффициент динамической вязкости жидкости, Па с. (см. табл. 2,3 )
d — эквивалентный диаметр трубы, м;
для внутренней трубы d экв = dB, м.
для кольцевого сечения d экв = DB-dH, м.
λ - коэффициент теплопроводности жидкости (агент, продукт).Вт/ (м. С).
Далее определить режимы движения агента и продукта, вычислив по формуле(12) число Рейнольдса и по формуле (13) критерии Прандля.
Затем по установленному режиму движения жидкости решить критериальное уравнение Нусельта по формуле:
а) для турбулентного режима движения (Rе> 10000)
Nu= 0,023 Re0,8 Pr0,4 (13)
б) для переходного режима (10000>Re>2300)
Nu= 0,008 Re0,9 Рr0,43 (131)
Если при расчетах Re<10000, необходимо определить новые скорости движения теплоносителей, при которых режим движения будет турбулентным или переходным. Принимают значения критерия Рейнольдса 10000-15000, тогда:
ωтруб.= (10000-15000)ω/Re, (14)
Подставляя значение скорости ωтруб в формулу (7) определяют диаметр внутренней (теплообменной) трубы и далее по формуле (8) диаметр наружной кожуховой трубы, уточняем значения критерия Рейнольдса.
Для соответствующих режимов движения, используя критериальное значение Nu определяются искомые коэффициенты теплоотдачи, Вт (м2 С) для агента и продукта по формуле (11).