Розділ I. Розрахунок рекуперативних теплообмінників 2 страница

При середній температурі стінки значення

Вт/(м²К)

3.2 Коефіцієнт тепловіддачі для води, що нагрівається.

Швидкість рідини:

м/с

Число Рейнольдса:

Число Нуссельта при турбулентному режимі плину в кільцевому каналі [3,9]:

Коефіцієнт тепловіддачі:

Вт/(м²К)

4. Розраховуємо коефіцієнт теплопередачі:

Вт/(м²К)

5. Розраховуємо водяні еквіваленти теплоносіїв:

Вт/К

6. Визначаємо число одиниць переносу по теплоносію з меншим водяним еквівалентом (вода, що гріє):

7. Відношення водяних еквівалентів теплоносіїв:

8. У відповідності зі схемою руху, характеристика φ-струму згідно [1,4,5]: .

9. Визначаємо ефективність теплообмінника по воді, що гріє:

10. З формули визначаємо:

⁰С - зміна температури води, що гріє. Звідси одержуємо вихідну температуру води, що гріє ^:0С

11. Визначаємо зміну температури води, що нагрівається, з рівняння теплового балансу:

⁰С

Температура води, що нагрівається, на виході з теплообмінного апарата:

⁰С

Значення температур теплоносіїв відрізняються від прийнятих, тому варто повторити розрахунок у другому наближенні.

В другому наближенні задаємося вихідними температурами теплоносіїв: ⁰С, ⁰С

12. Виписуємо теплофізичні властивості теплоносіїв (табл. 1 Додатку):

⁰С

кг/м³; м²/с; Вт/(мК);

кДж/(кгК);

⁰С

кг/м³; м²/с; Вт/(мК);

кДж/(кгК);

13. Розраховуємо значення коефіцієнтів тепловіддачі:

Коефіцієнт тепловіддачі для води, що гріє.

Швидкість руху рідини:

м/с

Число Рейнольдса:

При середній температурі стінки значення

Вт/(м²К)

Коефіцієнт тепловіддачі для води, що нагрівається:

м/с

Вт/(м²К)

14. Розраховуємо коефіцієнт теплопередачі:

Вт/(м²К)

15. Розраховуємо водяні еквіваленти:

Вт/К

16. Визначаємо число одиниць переносу:

17. Відношення водяних еквівалентів теплоносіїв:

18. Визначаємо ефективність теплообмінника:

19. Визначаємо зміну температури води, що гріє :. Тоді вихідна температура води, що гріє ^:0С

20. Зміна температури води, що нагрівається:

⁰С

Температура води, що нагрівається, на виході з теплообмінного апарата:

⁰С

Відносні похибки для визначення температур води, що гріє і нагрівається, складають 4,8% і 5,7%. Розрахунок вихідних температур можна вважати закінченим.

Задача 1.5. Провести конструкторський розрахунок теплообмінника, умови для якого приведені в задачі 1.1, з урахуванням зміни коефіцієнтів тепловіддачі, зумовленої зміною теплофізичних властивостей теплоносіїв у залежності від температури.

Розв’язання.

Використовуємо метод [4], заснований на допущенні про лінійну залежність коефіцієнтів тепловіддачі від температури. Попередньо необхідно установити, чи виконується ця умова.

Для цього вибираємо в якості визначальних по три значення температур для кожного теплоносія і для них розраховуємо значення , .

Для теплоносія, що гріє, виберемо: ;

Для теплоносія, що нагрівається:;

1. Визначаємо теплофізичні властивості води, що гріє і нагрівається, при вхідних, проміжних і вихідних температурах(табл. 1 Додатку).

1.1. : кг/м³; м²/с;

Вт/(мК);

1.2 : кг/м³; м²/с;

Вт/(мК);

1.3 ⁰С: кг/м³; м²/с;

Вт/(мК);

1.4 : кг/м³; м²/с;

Вт/(мК);

1.5 : кг/м³; м²/с;

Вт/(мК);

1.6 : кг/м³; м²/с;

Вт/(мК);

2. Розраховуємо числа Рейнольдса, Нуссельта і коефіцієнти тепловіддачі:

2.1 При вхідній температурі теплоносія 1 (що гріє):

м/с

- режим турбулентний;

- при середній температурі (між вхідними температурами теплоносіїв 1,2): ⁰С.

Вт/(м²К)

2.2 При проміжній температурі теплоносія 1:

м/с

- визначається по середній температурі: ⁰С.

Вт/(м²К)

2.3 При вихідній температурі теплоносія 1:

м/с

- визначається за середньою температурою (⁰К).

Вт/(м²К)

2.4 При вхідній температурі теплоносія 2 (що нагрівається):

м/с

Вт/(м²К)

2.5 При проміжній температурі теплоносія 2

м/с

Вт/(м²К)

2.6 При вихідній температурі теплоносія 2:

м/с

Вт/(м²К)

У таблицю вносимо значення коефіцієнтів тепловіддачі при відповідних температурах.

Таблиця 1.1

Значення коефіцієнтів тепловіддачі при різних температурах води

	Вода, що гріє	Вода, що нагрівається
, ⁰С
, Вт/(м²К)

Будуємо графіки залежності і - рис. 1.1, 1.2..

Рис.1.1. Залежність коефіцієнта тепловіддачі теплоносія, що гріє, від температури

Рис.1.2. Залежність коефіцієнта тепловіддачі теплоносія, що нагрівається, від температури.

Висновок: допущення про лінійну зміну з температурою обох коефіцієнтів тепловіддачі виконується. При таких допущеннях формула для середньої щільності теплового потоку при паралельній течії набуває вигляду:

Коефіцієнти тепловіддачі середовища, що гріє,, , і що нагрівається, , по їхніх температурах на вході і виході з апарата вже обчислені і приведені в таблиці 1.1.

3. Розраховуємо температурні напори у вхідному і вихідному перерізах для протитечії: ⁰С,

⁰С

4. По приведеній залежності розраховуємо щільність теплового потоку:

Вт/м²

5. Площа теплообмінної поверхні:

м²

21. Число секцій:

Задача 1.6. Провести конструкторський розрахунок теплообмінника, умови для якого наведені в задачі 1.1, з урахуванням зміни коефіцієнта теплопередачі, зумовленого зміною властивостей теплоносіїв у залежності від температури.

Розв’язання.

Використовуємо метод [4], у якому прийняте допущення про лінійну залежність коефіцієнта теплопередачі від температури теплоносія з меншим водяним еквівалентом. Необхідно переконатися, що припущення про лінійний характер залежності коефіцієнта теплопередачі від температури виконується.

1. При трьох значеннях температур теплоносія з меншим водяним еквівалентом розраховуємо три значення .

Вт/К

Вт/К – отже, розрахунок ведемо для теплоносія, що гріє. Відповідні значення отримані при розв’язанні задачі 1.5. Для теплоносія з більш великим водяним еквівалентом коефіцієнт тепловіддачі визначаємо за його середньою температурою. Результати розрахунків приведені в табл. 1.2.

Таблиця 1.2

Коефіцієнти теплопередачі і тепловіддачі при різних температурах води

	Вода, що гріє	Вода, що нагрівається
, ⁰С			, ⁰С
, Вт/(м²К)			, Вт/м²К
, Вт/(м²К)			—

Будуємо графік залежності - рис. 1.3. Залежність лінійна, що дозволяє користуватися даним методом.

Рис. 1.3 Залежність коефіцієнта теплопередачі від температури води, що гріє

2. Температурні напори у вхідному і вихідному перерізах для противоструму:

⁰С, ⁰С

3. Розраховуємо щільність теплового потоку:

Вт/м²

Вт/(м²К), Вт/(м²К)

Тут , - коефіцієнти теплопередачі, розраховані за значеннями коефіцієнтів тепловіддачі на вході і виході з теплообмінного апарата.

4. Розраховуємо тепловий потік і площу теплообмінної поверхні:

Вт

м²

5. Число секцій:

Порівняємо результати, отримані при розв’язанні задачі 1.1 різними методами.

Таблиця 1.3

Результати конструкторського розрахунку теплообмінника типу «труба в трубі»

Метод	Тепловий потік , Вт	Площа теплообмінної поверхні , м²	Число секцій,
Середнього температурного напору, при	111,3	1,33
Ефективності, при	111,3	1,34
Розрахунок з урахуванням лінійної залежності коефіцієнта теплопередачі від температури	111,3	1,27
Розрахунок з урахуванням лінійної залежності коефіцієнтів тепловіддачі від температури	111,3	1,26

Розбіжність в площах теплообмінної поверхні при і складає близько 7%.

Це пояснюється тим, що температури теплоносіїв в апараті і, отже, їхні властивості змінюються незначно.

1.2 Розрахунок теплообмінників із двофазними теплоносіями

Задача 1.7. У конденсаторі-випарнику на зовнішній поверхні труб відбувається конденсація сухої насиченої водяної пари при тиску 4,76·10⁵Па. У трубах кипить вода. Потрібно випарувати 1600 кг/год води, що надходить в апарат при температурі насичення ⁰С. Труби довжиною 1,5 м, зовнішнім діаметром 20 мм, товщиною стінки 1,5 мм розташовані горизонтально. Швидкість руху води складає 0,1 м/с. Визначити витрату пари, що конденсується, і необхідну площу теплообмінної поверхні.