Расчет теоретического коэффициента теплопередачи

Обработка экспериментальных данных

Количество переданного тепла Q определяется из теплового баланса теплообменника

,

где:

t’₁, t’₂ – начальные температуры теплоносителей, ºС;

t’’₁, t’’₂ – их конечные температуры, ºС;

G₁; G₂ – массовые расходы горячей и холодной жидкостей, кг/с;

С₁, С₂ – теплоемкости горячей и холодной жидкостей, Дж/кг·К.

Массовые расходы теплоносителей

,

где:

V – объемный расход теплоносителя, м³/с;

ρ – плотность теплоносителя, кг/м.

 

Расчет коэффициента теплопередачи осуществляется из основного уравнения теплопередачи:

;

,

где:

F – поверхность теплообмена (внутренняя поверхность трубок), m²

Δt_CP – средний температурный напор.

 

Практический коэффициент теплопередачи:

 

Расчет теоретического коэффициента теплопередачи

Определение коэффициента теплопередачи осуществляется по уравнению:

.

где α₁, α₂ – коэффициенты теплоотдачи холодного и горячего теплоносителей.

Коэффициенты теплоотдачи вычисляют следующим образом:

Определяем площадь поперечного сечения труб:

.

Определяем площадь поперечного сечения кольцевого пространства:

.

Определение коэффициента теплоотдачи при ламинарном режиме движения теплоносителя проведем по критериальному уравнению

,

где:

– критерий Нуссельта;

– критерий Рейнольдса;

– критерий Прандтля, для воды значения критерия Pr даны в таблице XXXIX (задачник Павлов, Романков, Носков);

– критерий Грасгофа;

ε_l – константа, ε_l = 1 для отношения длины трубы к ее диаметру .

d_ЭКВ – эквивалентный диаметр, м;

D_ВН – внутренний диаметр кожуха, м;

n – число труб;

d – наружный диаметр труб, м;

– скорость сечения (определяется в зависимости от конструкции теплообменника), м/с;

V – объемный расход жидкости, м³/с;

S – сечение потока, м²;

μ – динамическая вязкость жидкости, Па·с;

λ – коэффициент теплопроводности жидкости, Вт/(м·К);

ρ – плотность, кг/м³;

с – теплоемкость, Дж/(кг·К);

g – ускорение свободного падения, м/с²;

β – коэффициент объемного расширения, К^-1;

Δt – разность температур стенки и жидкости (или наоборот), град.

 

Физические свойства жидкости находят при ее средней температуре:

,

где t’, t’’ – начальная и конечная температура жидкости, град.

 

Коэффициент теплоотдачи рассчитывают из уравнения:

.

 

Аналогично находят коэффициент теплоотдачи для другого теплоносителя.

Затем находят теоретический коэффициент теплопередачи.

 

Определение толщины слоя изоляции корпуса теплообменника

Принимаем изоляционный материал – совелит или асбест.

Определим суммарный коэффициент теплоотдачи в окружающую среду лучеиспусканием и конвекцией по уравнению:

,

где

t_Н.СТ. – температура наружной поверхности изоляции, град; в расчете принимаем не более 40ºС.

t_О.СР. – температура окружающей среды, град.

Удельный тепловой поток, Вт/м²:

.

Принимая приближенно, что все термическое сопротивление сосредоточено в слое изоляции, можно написать:

.

Откуда толщина изоляции, м:

,

где λ – коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/(м·К),

t_СР – температура наружной стенки аппарата, принимаем равной температуре горячего теплоносителя.