Розрахунок підігрівачів для опалення та гарячого водопостачання

В сучасних теплових пунктах дуже часто використовуються пластинчаті підігрівачі. Ці теплообмінні апарати уявляють собою рамну конструкцію на яку набирається задана теплообмінна поверхня (рисунок Лунін стр 36 рис 1.32). Основним елементом цих теплообмінних апаратів є пластини, які от штамповані зазвичай з нержавіючої сталі. Їх встановлюють та закріпляють на станіні, і вони утворюють „пакет”. Поверхня пластин має виступи, які утворюють канали між пластинами. По пластинам тонкими шарами протікають теплоносії. Шари теплоносіїв (що гріє та що нагрівається) чередуються між собою (рисунок Лунін стр 37 рис 1.33), тому теплообмін у кожного шару відбувається через обидві обмежуючі поверхні. Група пластин, що утворює систему паралельних каналів, в яких кожний теплоносій рухається в одному напрямку, складає пакет.

(рисунок Лунін стр 36,37 рис 1.32, 1.33).

Таблиця 4.1.

Основні розміри пластин теплообмінних апаратів.

Параметри	Поверхня теплообміну, м2
0,2	0,3	0,5	0,6	1,3
Габаритні розміри, мм довжина ширина товщина	1,2	1,0	1,0	1,0	2,0
Еквівалентний діаметр каналу, м Поперечний переріз каналу, м2 Приведена довжина каналу, м Вага, кг	0,0076 0,0016 0,45 5,0	0,0080 0,0011 1,12 4,04	0,0080 0,0018 1,15 6,42	0,0074 0,00262 0,893 7,67	0,0115 0,00368 1,91 14,35

 

В загальному випадку розрахункова продуктивність водо-водяного підігрівача визначається на основі рівняння теплового балансу, без врахування втрат теплоти:

,

де G_п, G_м – витрата первинної (мережної) та вторинної (місцевої) води кг/с;

с_п, с_в – теплоємності первинної (мережної) та вторинної (місцевої) води Кдж/(кгК);

- температури первинної води на вході та на виході з підігрівача, °С;

- температури вторинної води на вході та на виході з підігрівача, °С;

Поверхня нагріву теплообмінного апарату визначається за формулою:

,

де Δt – середньо логарифмічний температурний напір, °С;

k – коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м²К).

Середньо логарифмічний температурний напір при прямот оці чи противотоці розраховується за формулою:

,

де Δt_б та Δt_м – більша та менша різниці температур мережної та місцевої води на кінцях підігрівача.

Коефіцієнт теплопередачі теплообмінного підігрівача можна визначити за формулою:

,

де β₁ – поплавковий коефіцієнт, що враховує нерівномірність розподілу поля швидкостей у прохідному перерізі (приймається β₁=0,92...0,95).

β₁ – поплавковий коефіцієнт, що враховує забруднення поверхні теплообміну (приймається за графіком (рисунок стр 316 Водяніе тепловіе сеті)).

α_п – коефіцієнт тепловіддачі від первинної води до пластини, Вт/(м²К);

α_в – коефіцієнт тепловіддачі від пластини до вторинної води, Вт/(м²К);

δ_ст – товщина пластини, мм;

λ_ст – теплопровідність пластини, Вт/(мК).

рисунок стр 316 Водяніе тепловіе сеті

Коефіцієнти тепловіддачі α_п,α_в можна розрахувати за слідуючою формулою:

де А – температурний добуток, (визначається по табл 4.2.);

ω – швидкість води у каналі, м/с;

d_е – еквівалентний діаметр, м.

 

Таблиця 4.2.

Значення величина А для різних температур

Температура води, °С	Площа поверхні пластини, м2
0,3	0,6

 

Для більш точнішого розрахунку коефіцієнта тепловіддачі запропоновано формулу визначення критерію Нуссельта, що враховує особливості гофрировки пластин:

де d – визначальний розмір каналу, м (;

φ – кут нахилу гофра до направлення потоку робочого середовища (зазвичай лежить в межах від 100 до 160 °);

Re – число Рейнольдса для середовища, що рухається всередині каналу ();

Pr – число Прандтля для середовища, що рухається всередині каналу ();

Pr_ст – число Прандтля для середовища, що рухається всередині каналу, при температурі рівній температурі стінки.

 

Поверхня нагріву однієї пластини приймається по табл.. 4.1. тоді число теплопередающих пластин підігрівача буде дорівнювати:

,

де F – розрахункова площина теплообмінного апарату, м²;

F_пл – площина однієї пластини, м².