- •Проектний тепловий розрахунок рекуперативних теплообмінних апаратів
- •Мета і завдання розрахункової роботи
- •Завдання до розрахункової роботи
- •Вихідні дані для розрахунків
- •Вимоги до оформлення розрахункової роботи.
- •Приклад розрахунку рекуперативного теплообмінного апарата
- •Постановка задачі та вихідні дані
- •5.5. Аналіз процесу теплопередачі в теплообміннику
- •5.6. Визначення швидкості течії теплоносіїв
- •Опис теплообмінника
- •Мета розрахунку
- •5.7. Розрахунок коефіцієнтів тепловіддачі
- •5.8. Визначення теплообмінної поверхні апарата
- •Література
- •Додаток
Опис теплообмінника
С
екційні
теплообмінники складаються з декількох
послідовно з’єднаних секцій, як показано
на рис. 1. Кожна секція представляє собою
теплообмінник типу «труба в трубі»,
особливостями якого є те, що теплообмінна
поверхня апарата виготовляється з
однієї труби 1, розташованої концентрично
в зовнішній трубі 2 більшого діаметру.
Рис. 1 Схема теплообмінника
Окремі секції з’єднуються між собою «калачами» 3.
Відповідно до умови задачі первинний теплоносій (дистильована вода) рухається по кільцевому каналу між трубами, а вторинний теплоносій (сира вода) – по внутрішній трубі.
Мета розрахунку
Основною метою розрахунку теплообмінника є визначення поверхні теплообміну, а також основних розмірів теплообмінного апарата.
Враховуючи,
що
,
поверхню теплообміну визначаємо з
допомогою рівняння теплопередачі для
плоскої стінки. При цьому маємо, що
(1)
де
- теплове навантаження;
-
коефіцієнт теплопередачі;
- середній
температурний напір.
Теплове навантаження відоме за умовою задачі. Тому для визначення теплообмінної поверхні необхідно розрахувати тільки коефіцієнт теплопередачі в теплообміннику, а також середній температурний напір .
5.4. Визначення середнього температурного напору по поверхні теплообмінника.
З
метою зменшення витрат на виготовлення
теплообмінника використаємо в ньому
схему протитечії, для якої зміна
температур теплоносіїв уздовж поверхні
теплообміну показана на рис. 2.
Рис. 2. Зміна температур у теплообміннику
Відповідно до рис. 2:
Таким
чином,
,
а
.
Середня різниця температур:
.
Зміни температур гарячого і холодного теплоносіїв відповідно дорівнюють:
,
З
урахуванням того, що
,
середня температура вторинного теплоносія
(сира вода)
,
а середня температура первинного теплоносія (дистильована вода):
.
Температури
і
використовуються при визначенні
теплофізичних властивостей відповідно
гарячого і холодного теплоносіїв.
5.5. Аналіз процесу теплопередачі в теплообміннику
Схема процесу теплопередачі в теплообміннику показана на рис. 3.
Р
ис.
3. Схема процесу теплопередачі.
-
коефіцієнт тепловіддачі від потоку
дистильованої води до стінки;
-
коефіцієнт тепловіддачі від стінки до
потоку сирої води.
Коефіцієнти тепловіддачі , визначаються при допомозі емпіричних рівнянь подібності для тепловіддачі в умовах вимушеної течії рідини в каналах.
Маючи коефіцієнти тепловіддачі, визначаємо коефіцієнт теплопередачі за рівнянням:
, (2)
де
- товщина стінки внутрішньої трубки
теплообмінника;
-
коефіцієнт теплопровідності матеріалу
цієї стінки.
5.6. Визначення швидкості течії теплоносіїв
Витрата дистильованої води:
,
де
[1] відповідає середній температурі
.
Витрата сирої води:
при
,
[1].
Площа перерізу кільцевого каналу по якому рухається дистильована вода:
.
Площа перерізу внутрішньої трубки по якій рухається сира вода:
,
де
- внутрішній діаметр трубки з урахуванням
товщини прошарку забруднення на стінці.
Середнім
температурам гарячого і холодного
теплоносіїв
і
відповідають такі значення густини цих
теплоносіїв ([1],
табл. 11 ):
,
.
Використовуючи рівняння суцільності визначаємо швидкості течії відповідно гарячого і холодного теплоносіїв:
,
.
На основі
досвіду експлуатації рекуперативних
теплообмінних апаратів різного
призначення та їх техніко-економічних
розрахунків рекомендується приймати
швидкість води в теплообмінниках
([2], табл. 1.8).
В зв’язку
з тим, що розраховані вище швидкості
і
значно перевищують рекомендовані
значення, сконструюємо теплообмінник
з 35 паралельно з’єднаних секцій.
Тоді швидкості дистильованої і сирої води:
,
.
