Материал: Расчет скоростного теплообменника. Методические указания к курсовой работе

- коэффициент теплопроводности, Вт/(м . К); - плотность теплоносителя, кг/м3; - коэффициент объемного расширения теплоносителя, 1/град2; - кинематическая вязкость жидкости, м2/с; - коэффициент динамической вязкости, Па.с; u - скорость движения теп-

лоносителя, м/с2; t - разность между температурой стенки и средней температурой жидкости оС; l - длина теплообменника, м; dэ - эквивалентный диаметр сечения потока, м

где f - площадь поперечного сечения, м2; П - смоченный периметр сечения потока, м.

Значение теплофизических констант теплоносителей , , , , входящих в критерии выбираются при средней температуре того теплоносителя, для которого рассчитывается коэффициент теплоотдачи.

Средняя температура теплоносителя, абсолютное значение температуры которой является меньшим, принимается за среднюю арифметическую между температурами входа в теплообменник и выхода из него. А средняя температура другого теплоносителя будет отличаться от полученной средней арифметической на среднюю разность температур

При вычислении критерия Prст ("Прандтля" стенки) значение теплофизических констант теплоносителя выбираются по температуре стенки, омываемой данным теплоносителем.

Определение температур стенок теплопередающей поверхности осуществляется методом последовательного приближения из основных уравнений теплообмена (уравнений теплоотдачи и теплопередачи).

11

5. Гидравлический расчет теплообменника и подбор насоса

Потери напора в теплообменнике (гидравлическое сопротивление аппарата) складывается из потерь давления на преодоление сопротивления трения

где λ – коэффициент гидравлического трения; l и d – длина и диаметр трубы, м; ζ – коэффициент местного сопротивления, принимается по таблице П.8.

Коэффициент гидравлического трения при ламинарном движении теплоносителя определяют по формуле:

При турбулентном движении в гидравлически шероховатых трубах в зоне гладкого трения (Re < 105) коэффициент λ определяют по формуле:

от шероховатости труб и определяется по формуле:

где – высота выступов шероховатостей (в расчетах для стальных труб можно принять

Мощность насоса N , кВт, которым необходимо обеспечить работу теплообменной установки, определяется по формуле:

Из таблицы П.10 по мощности выбирается центробежный насос и тип его электродвигателя.

12

Пример теплового расчета теплообменника.

Требуется определить число секций водо-водяного теплообменника типа «труба в трубе». Наружная поверхность теплообменника покрыта качественной тепловой изоляцией, поэтому потерями в окружающую среду можно пренебречь.

Расход греющей воды равен M1 2200 кг/ч, и она движется по внутренней

Внутренний диаметрвнешней трубы D 50 мм. Длинаодной секции теплообменника l 2,1 м.

Решение.

1.Примемтеплоемкостьводы, независящейоттемпературы. Посправочным таблицамнаходим cp 4,19 кДж/(кгК).

2.Тепловойпоток:

3. Температура греющей воды на выходе:

tж1 tж1 Q(M1cp1) 95 118,7 36002200 4,19 48,6 оС.

4. Для определения теплофизических свойств теплоносителей находим средние температуры теплоносителей:

t1 0,5(t1 t1 ) 0,5(95 48,6) 71.8 оС; t2 0,5(t2 t2 ) 0,5(15 45) 30 оС.

5.По справочным таблицам находим теплофизические параметры:

•длягреющейводы:

• для нагреваемой воды:

6. Определяем скорости движения теплоносителей:

13

u1 4M1 ж1 d12 3600 4 2200976,5 3,14 0,0322 3600 0,778 м/с;

u2 4M2 ж2 D2 d22 3600 4 3400995,7 3,14 0,052 0,0352 3600 0,945 м/с.

7. Находим коэффициент теплоотдачи от потока горячей воды к внутренней стенке трубы. Вначале определяем число Рейнольдса:

Reж1 u1d1 vж1 0,778 0,0320,411 10 6 60574 104 .

8. Так как режим течения турбулентный, то выбираем для расчета уравнение:

Nuж,d 0,021Re0,8ж,d Prж0,43 Prж Prc 0,25 l .

9.Полагая, что длина теплообменника L намного больше диаметра трубы (ld 50 ), принимаем l 1,0 .

10.Таккактемпературастенкитрубынеизвестна, товначалезадаемся

tc1 0,5(t1 t2 ) 0,5(71,8 30) 50,9 оС.

11. По этой температуре определяем число Прандтля жидкости при температуре стенки

Prc1 3,49 .

12. Находим число Нуссельта:

Nu1 0,021 605740,8 2,520,43 2,523,49 0,25 192,9 .

13.Рассчитываем коэффициент теплоотдачи:

1 Nu1 ж1 d1 192,9 66,7 10 2 0,032 4020 Вт/м2 К.

14.Определяемкоэффициенттеплоотдачиотстенкинаружнойтрубы к потоку нагреваемой воды.

Так как вода движется в кольцевом канале, то при определении числа Рейнольдсаиспользуемэквивалентный диаметр:

dэкв D d2 0,05 0,035 0,015 м,

Reж2 u2dэкв vж2 0,945 0,0150,805 10 6 17609 104 .

15. Режим течения нагреваемой воды турбулентный, поэтому для расчета выбираем уравнение:

Nuж,dэкв 0,021Re0,8ж,dэкв Prж0,43 Prж Prc 0,25 2 .

16. Так как температура стенки трубы неизвестна, то вначале задаемся: tc1 tc2 50,9 оС.

17. По этой температуре по справочным таблицам находим число Прандтля для потока нагреваемой воды при заданной температуре стенки - Prc2 3,49 .

14

18. НаходимчислоНуссельта:

Nu2 0,021 176090,8 5,420,43 5,423,49 0,25 99,11.

19.Рассчитываем коэффициент теплоотдачи:

2 Nu2 ж2 dэкв 99,11 61,8 10 2 0,015 4083 Вт/м2 К.

20.Находим линейный коэффициент теплопередачи:

LQq1 118,7 103 8273,4 14,35 м

ичисло секций теплообменника

nLl 14,352,1 7 .

24.В процессе решения задачи температура стенок трубы теплообменника принималась приближенно, что может повлиять на точность вычислений. Проверим, насколько изменятся числа Прандтля при точном задании температур стенок.

25.Находим температуры поверхностей внутренней трубы теплообменника по следующим уравнениям:

При этих температурах числа Прандтля будут незначительно отличаться от ранее принятых значений, поэтому пересчет в данном случае не требуется.

15