ТЕПЛООБМІННІ АПАРАТИ.
Теоретичні
положення і приклад розрахунку
кожухотрубного теплообмінника.
Потужність теплового потоку гріючого теплоносія, кВт:
, (2.1)
де -
масова витрата гріючого теплоносія, кг/с;
-
питома теплоємність, яку визначають за
температурою, кДж/(кг·К)
Визначальна температура гріючого теплоносія, ºС:
=0.5
; (2.2)
а теплоносія, що нагрівається:
=0.5
. (2.3)
Площа перерізу для проходу теплоносія, м2:
у трубах:
; (2.4)
у міжтрубному просторі:
. (2.5)
Швидкість теплоносія, м/с:
, (2.6)
де - густина
теплоносія за визначальної температури.
Критерій Рейнольдса:
, (2.7)
де - визначальний
розмір для тепловіддачі в трубках, м;
-
те саме для міжтрубного простору, м.
Критеріальні рівняння теплообміну:
Ламінарний режим ():
; (2.8)
де –
критерій Нуссельта;
,
-
коефіцієнт тепловіддачі, Вт/м2·К;
- коефіцієнт
теплопровідності теплоносія, Вт/м·К;
- критерій Грасгофа,
;
-
коефіцієнт кінематичної в’язкості, м2/с;
-
коефіцієнт об’ємного розширення, 1/К;
-
перепад температур між стінкою і середовищем, 0С;
-
критерій Прандталя відповідно за
визначальної температури теплоносія і за
температури стінки;
перехідний режим ():
; (2.9)
турбулентний режим ():
. (2.10)
Коефіцієнт теплопередачі для багатошарової стінки, Вт/м2·К:
(2.11)
Середній температурний напір, 0С:
, якщо
,
(2.12)
де - відповідно найбільша і найменша різниця температур;
, якщо
. (2.13)
Потужність теплового потоку під час теплопередачі, Вт:
(2.14)
де - площа тепловіддаючої
поверхні, м2.
Приклад. У теплообміннику підігрівається
вода. Первинна (гаряча) вода проходить через латунних
трубок (
мм,
мм,
Вт/м·К) і охолоджується від
ºС
до
ºС. Вторинна вода проходить вздовж трубок, розташованих у кожусі
діаметром
мм і нагрівається від
ºС до
ºС.
Тепловий потік через поверхню нагрівання
кВт.
Визначити необхідну площу поверхні нагрівання для
передачі теплового потоку при наявності шару накипу на трубках товщиною мм,
Вт/м·К, а також за його відсутності (для протитечії і прямотечії).
Витрата гарячої води з (2.1):
кг/с.
Визначальна температура гріючого теплоносія за (2.2):
=0.5
=0.5
= 115 ºС.
Питома теплоємність за -
кДж/(кг·ºС).
Витрата вторинної води:
кг/с.
Визначальна температура теплоносіїв, що нагріваються, за (2.3).
Питома теплоємність за кДж / кг/ºС.
Площа перерізу для проходу теплоносія:
у трубах за (2.4):
м2;
у міжтрубному просторі за (2.5):
м2.
Швидкості теплоносіїв за (2.6):
м/с;
м/с.
Фізичні параметри:
первинної води:
м2/с;
Вт/м ºК;
;
кг/м3;
вторинної води:
м2/с;
Вт/м ºК;
;
кг/м3.
Критерій Рейнольдса за (2.7)
;
;
де м.
Критерій Нуссельта в першому наближенні за (2.10)
;
м;
м.
Інтенсивність теплопередачі за (2.11):
за відсутності накипу:
Вт/м2∙К;
за наявності накипу:
Вт/м2∙К.
Середній температурний напір:
за прямотечії:
ºС;
за протитечії:
ºС.
Площа тепловіддавальної поверхні за (2.14):
за прямотечіі, з накипом на трубах:
м2;
за прямотечії, без накипу:
м2;
за протитечії, з накипом:
м2;
за протитечії, без накипу:
м2.
Довжини трубок:
м;
м;
м;
м.
Таблиця 2.1
Но-мер варіа-нта |
Діа-метр ко-жуха, D, м |
Температура першого теплоносія, ºC. |
Кіль-кість труб, |
Діа-метр труб |
Температура другого тепло- носія, ºC |
Потуж- ність теп- лового потоку
|
Матеріал труб |
Теплоносій |
Тов-щина шару наки-пу |
Коефі- цієнт тепло- провід-ності |
|||
На вході, |
На ви-ході |
|
|
Між труб-ний простір |
Труб-ний прос-тір |
||||||||
1 |
0,16 |
95 |
65 |
70 |
10/12 |
15 |
35 |
1000 |
Сталь |
Вода |
Вода |
0,05 |
2,0 |
2 |
0,17 |
150 |
120 |
68 |
10/14 |
20 |
40 |
500 |
Латунь |
Повітря |
Вода |
0,10 |
1,9 |
3 |
0,18 |
90 |
60 |
66 |
12/14 |
25 |
45 |
900 |
Бронза |
Вода |
Вода |
0,15 |
2,1 |
4 |
0,19 |
140 |
110 |
64 |
12/16 |
30 |
50 |
400 |
Алюміній |
Повітря |
Вода |
0,20 |
1,8 |
5 |
0,20 |
95 |
75 |
62 |
14/16 |
35 |
55 |
800 |
Сталь |
Вода |
Вода |
0,05 |
2,2 |
6 |
0,21 |
130 |
100 |
60 |
14/18 |
40 |
60 |
300 |
Латунь |
Повітря |
Вода |
0,10 |
1,7 |
7 |
0,22 |
90 |
80 |
58 |
15/17 |
45 |
65 |
700 |
Бронза |
Вода |
Вода |
0,15 |
2,3 |
8 |
0,23 |
120 |
90 |
56 |
15/19 |
50 |
70 |
200 |
Алюміній |
Повітря |
Вода |
0,20 |
1,6 |
9 |
0,24 |
75 |
60 |
54 |
13/15 |
20 |
50 |
600 |
Сталь |
Вода |
Вода |
0,15 |
2,4 |
10 |
0,25 |
110 |
80 |
50 |
13/17 |
30 |
40 |
100 |
Латунь |
Повітря |
Вода |
0,10 |
1,5 |
Оптимальні умови теплообміну – організація протитечії теплоносіїв за відсутності накипу на трубах.
Завдання. За даними таблиці 2.1 розрахувати горизонтальний кожухотрубний теплообмінник. Розрахунок зробити для прямотечії і протитечії теплоносіїв.
Материалы на данной страницы взяты из открытых источников либо размещены пользователем в соответствии с договором-офертой сайта. Вы можете сообщить о нарушении.