Материал: КР

Для двух схем движения теплоносителей – прямоточной ( ) и противоточной ( ). определяется по уравнению Грасгофа.

, (℃) (3)

где , - разности температур между «горячим» и «холодным» теплоносителями на входе и выходе ТА.

Для схемы «прямоток»

; (℃) (4)

Для схемы «противоток»

; (℃) (℃) (5)

Характер изменения температур теплоносителей вдоль теплопередающей поверхности показаны на Рисунок 3.

Рисунок 3-Характеристика изменения температуры теплоносителей вдоль поверхности теплообмена при прямотоке и противотоке

В противоточной схеме среднелогарифмическая разность температур оказывается больше, чем в прямоточной. Следовательно, поверхность теплообмена будет меньше и ТА с противоточной схемой движения теплоносителя будет более компактным. Кроме того, при осуществлении противотока можно получить более высокую конечную температуру нагреваемой жидкости, чем при прямотоке, даже выше температуры греющей жидкости на выходе, что в прямоточной схеме невозможно. Таким образом, противоток является более эффективной схемой, чем прямоток.

Коэффициент теплопередачи для плоской стенки может быть рассчитан:

, (6)

где - коэффициенты теплоотдачи от «горячего» теплоносителя к внутренней поверхности трубы и от внешней поверхности трубы к «холодному» теплоносителю соответственно;

- термическое сопротивление теплопроводности стенки трубы с учетом загрязнений.

Определяющим критерием подобия при вынужденной конвекции является критерий Рейнольдса.

, (7)

где -скорость движения теплоносителя; - определяющий линейный размер; - коэффициент кинематической вязкости.

Критерий Рейнольдса определяет режим течения теплоносителя. При движении теплоносителя в трубе режим течения будет развитым турбулентным при , ламинарным при и переходным при . Для расчета коэффициента теплоотдачи в трубе можно воспользоваться следующим уравнением.

Исходя из режима течения выбирается формула для расчета числа Нуссельта:

При переходном режиме.

(8)

где, C, y- коэффициент, который зависит от числа Re (Таблица 3) (Приложение)

ℇt - поправка, учитывающая изменение физических свойств среды в зависимости от температуры ( )

ℇl - поправка, учитывающий влияние на теплоотдачу процесса гидродинамической стабилизации потока на начальном участке теплообмена

где, Pr - число Прандтля. Принимают по справочным данным для текучей среды при температуре теплоносителя;

Pr_cт - число Прандтля. Принимают по справочным данным для текучей среды при температуре стенки.

При турбулентном режиме:

(9)

Коэффициенты , как говорилось ранее, определяются из таблицы

При любом режиме:

, (10)

- число Грасгофа;

- число Прандтля;

Коэффициенты определяются из Таблица 3(Приложение)

При вычислении числа Нуссельта по уравнению (8) теплофизические свойства воды выбирают при средней температуре потока и из Таблица 4. (Приложение).

Действительные конечные температуры теплоносителей рассчитываются по формулам:

«прямоток»

, (℃) (11)

, (℃) (12)

, (℃) (13)

, (℃) (14)

«противоток»

, (℃) (15)

, (℃) (16)

, (℃) (17)

. (℃) (18)

Для вычислений данной работы воспользуемся рядом формул и уравнений.

Количество теплоты, отданное горячей водой

. (19)

Количество теплоты, полученное холодной водой

. (20)

Скорость горячей воды в трубе

. , (21)

где d-диаметр внешнего ТП.

(22)

Находим числа Рейнольдса и Нуссельта.

Число Рейнольдса

. (23)

Число Нуссельта для турбулентного режима.

(24)

Средняя температура на стенке между 2-мя стенками:

(℃) (25)

Коэффициент теплоотдачи от х/г жидкости к стенке трубы:

(26)

Расчетное значение коэффициента теплопередачи:

. (27)

Так как в рассматриваемом случае:

, (28)

то с достаточной точностью можно вести расчет по средней арифметической разность температур:

. (29)

Если не выполняется условие, то определяем среднелогарифмическую или .

Плотность теплового потока:

[ ]. (30)

Далее после нахождения плотности теплового потока и количества передаваемого тепла. Найдем Поверхность нагрева:

. (31)

Температура стенок труб определяется по формуле:

(℃) (32)

После определения все значений, найдем число секций:

[шт.]. (33)

После нахождения количества секций округляем в большую сторону до целых чисел.

Расчетная часть дано

Теплообменный аппарат типа ”труба в трубе”.

Теплоноситель- вода, дизельное топливо(Д.Т.).

Тип движения жидкости- противоток

Таблица 1.1Исходные данные (горячего ТН)

Эквивалентный диаметр

=0,048-0,035=0,013 м.

Таблица 2.1-Исходные данные (холодного ТН)