Если кз ≥1, то расчет заканчивают, если кз ≤1, то назначают новые,
скорректированные по результатам выполненного расчета, значения концевых температур и расчет повторяется вновь до получения требуемой величи-
ны коэффициента запаса к з .
Гидравлический расчет проводится в той же последовательности, что и в схеме проектного расчета по пунктам 1…39.
Схема поверочного расчета ТА с использованием метода η-S(NTU)
1.Выполняют расчеты по п.п. 1…5 предыдущей схемы расчета.
2.Определяют число единиц переноса теплоты
S = квFвф
Wmin
3. Находят соотношение теплоемкостей массовых расходов:
|
W |
(G Cp ) |
|
|
min |
= (G C |
)min |
W |
|||
|
max |
|
p max |
4. Определяют тепловую эффективность ТА:
|
Wmin |
|
|
|
|
η = f S , |
|
,схема движения . |
W |
||
|
max |
|
5.Вычисляют тепловой поток (фактический):
Qф =Wmin (t1' −t'2' ) η
6.Находят коэффициент запаса:
kз = QQф ,
где Q – тепловой поток, найденный из уравнения теплового баланса. Если kз ≥1, то расчет можно считать законченным.
Если kз ≤1, то назначают новые, скорректированные значения концевых температур и расчет повторяется вновь до получения требуемой величины коэффициента запаса кз.
96
Иногда при поверочном расчете известен коэффициент теплопередачи к. В этом случае поверочный расчет ТА методом η-S имеет преимущества по сравнению с методом среднелогарифмического температурного напора, так как он исключает при расчете последовательные приближения.
97
3. ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ АВИАЦИОННОГО КОЖУХОТРУБНОГО ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА
3.1. Задание на выполнение расчета
Выполнить тепловой и гидравлический расчет кожухотрубного одноходового теплообменного аппарата перекрестного тока, предназначенного для подогрева топлива, для охлаждения воздуха или масла.
Горячий (теплоотдающий) теплоноситель (воздух, масло) с массовым расходом G1, давлением и температурой на входе P1 и t1 движется внутри труб (в трубной полости). Холодный (тепловоспринимающий) теплоноситель (топливо, воздух) с массовым расходом G2, давлением и температурой на входе p'2 и t'2 движется в межтрубном пространстве (в межтрубной полости).
Теплообменник имеет форму цилиндра с длиной L и внутренним диаметром кожуха Dк (рис. 3.1). Пучок прямых цилиндрических труб ограничен двумя плоскими трубными досками и цилиндрическим кожухом.
Геометрические характеристики пучка: L – длина труб с учетом толщины трубных досок; Lтр – длина труб без учета толщины трубных досок; αтр - наружный диаметр труб; δтр – толщина стенок труб. Расположение труб в пучке – шахматное (рис. 3.2); х1 – величина зазора между трубами в направлении, перпендикулярном направлению потока теплоносителя в межтрубной полости; х2 – величина зазора между трубами соседних рядов; х4 – расстояние между осями соседних рядов по глубине пучка; δmin – величина мини-
98
мально допустимого зазора между крайними трубами в рядах и наружным кожухом. Схема движения теплоносителей – перекрестная, одноходовая, причем в межтрубной полости теплоноситель перемешивается, а в трубной – нет.
Рис. 3.1. Схема теплообменного аппарата
Рис. 3.2. Схема размещения труб в трубном пучке с шахматной разбивкой
Материал труб, трубных досок и корпуса – нержавеющая сталь: λ=14,4
Вт/(м·К) ; ρ = 7,9 103 кг/ м3 .
Исходные данные для различных вариантов заданий приведены в табл. 3.1. Изложенная в п. 3.2 методика расчета и расчетные зависимости апробированы и используются на Нижегородском производственном объединении «Теплообменник».
99
Таблица 3.1
Исходные данные для выполнения поверочного расчета ТА
Номер |
Теплоносители |
Трубная полость |
Межтрубная по- |
|
|
Геометрические параметры теплообменника |
|
|
||||||||||
варианта |
|
|
|
|
|
лость |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G1, |
t1', |
P1', |
G2, |
t2', |
P2', |
Dк, |
Lтр, |
dтр, |
X1, |
X2, |
d1пат, |
d2пат, |
δтр, |
lтр.д, |
σmin, |
Z(1), |
|
|
кг/с |
°С |
МПа |
кг/с |
0С |
МПа |
мм |
мм |
мм |
мм |
мм |
мм |
мм |
мм |
мм |
мм |
мм |
1-1 |
Топливо-воздушный |
0,1 |
190 |
0,57 |
0,35 |
100 |
0,04 |
80 |
160 |
5 |
1,5 |
1,5 |
40 |
15 |
0,5 |
3,5 |
2,0 |
5,0 |
1-2 |
теплообменник |
0,15 |
170 |
0,75 |
0,3 |
90 |
0,05 |
85 |
180 |
5 |
2,0 |
2,0 |
50 |
15 |
0,5 |
3,5 |
3,0 |
5,0 |
1-3 |
Первый теплоноси- |
0,2 |
150 |
0,7 |
0,25 |
80 |
0,06 |
80 |
200 |
6 |
1,5 |
1,5 |
45 |
15 |
0,5 |
3,5 |
3,0 |
6,0 |
1-4 |
тель-воздух, второй |
0,25 |
130 |
0,8 |
0,2 |
70 |
0,07 |
80 |
150 |
6 |
1,5 |
1,5 |
40 |
15 |
0,5 |
3,5 |
3,0 |
6,0 |
1-5 |
– |
0,3 |
110 |
0,9 |
0,15 |
60 |
0,08 |
75 |
130 |
4 |
1,0 |
1,0 |
45 |
15 |
0,3 |
3,5 |
2,0 |
4,0 |
1-6 |
-топливо T-1 |
0,4 |
100 |
1,0 |
0,1 |
50 |
0,09 |
70 |
120 |
3 |
1,0 |
1,0 |
45 |
15 |
0,2 |
3,5 |
2,0 |
3,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2-1 |
Воздухо- |
0,6 |
220 |
0,9 |
0,5 |
40 |
0,05 |
160 |
300 |
6 |
3,0 |
3,0 |
80 |
50 |
0,5 |
4,0 |
2,0 |
6,0 |
2-2 |
воздушный радиатор |
0,55 |
210 |
0,85 |
0,45 |
50 |
0,05 |
140 |
280 |
6 |
2,5 |
2,5 |
70 |
50 |
0,5 |
4,0 |
2,0 |
6,0 |
2-3 |
Первый теплоноси- |
0,5 |
200 |
0,8 |
0,4 |
55 |
0,045 |
120 |
260 |
5 |
2,5 |
2,5 |
70 |
50 |
0,5 |
3,5 |
2,0 |
5,0 |
2-4 |
тель-воздух, второй |
0,45 |
190 |
0,75 |
0,35 |
60 |
0,04 |
100 |
240 |
5 |
2,5 |
2,5 |
65 |
45 |
0,5 |
3,5 |
2,0 |
5,0 |
2-5 |
– |
0,4 |
180 |
0,7 |
0,3 |
65 |
0,035 |
80 |
220 |
4 |
2,0 |
2,0 |
60 |
40 |
0,5 |
3,0 |
1,5 |
4,0 |
2-6 |
- воздух |
0,35 |
170 |
0,65 |
0,2 |
70 |
0,03 |
60 |
200 |
3 |
1,5 |
1,5 |
50 |
40 |
0,2 |
3,0 |
1,5 |
3,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3-1 |
Воздушно- |
0,6 |
150 |
0,4 |
0,8 |
80 |
0,04 |
160 |
300 |
6 |
3,0 |
3,0 |
25 |
80 |
0,5 |
4,0 |
3,0 |
6,0 |
3-2 |
маслянный радиатор |
0,55 |
140 |
0,35 |
0,75 |
75 |
0,045 |
150 |
280 |
6 |
2,5 |
2,5 |
25 |
80 |
0,5 |
4,0 |
2,5 |
6,0 |
3-3 |
Первый теплоноси- |
0,5 |
130 |
0,3 |
0,7 |
70 |
0,05 |
140 |
260 |
5 |
2,5 |
2,5 |
25 |
70 |
0,5 |
3,5 |
2,5 |
5,0 |
3-4 |
тельмасло МС-20, |
0,45 |
120 |
0,25 |
0,65 |
65 |
0,055 |
130 |
240 |
5 |
2,0 |
2,0 |
20 |
70 |
0,5 |
3,5 |
2,0 |
5,0 |
3-5 |
второй – |
0,4 |
110 |
0,2 |
0,6 |
60 |
0,06 |
120 |
220 |
4 |
1,5 |
1,5 |
20 |
60 |
0,5 |
3,0 |
1,5 |
4,0 |
3-6 |
- воздух |
0,35 |
100 |
0,15 |
0,55 |
55 |
0,065 |
110 |
200 |
3 |
1,0 |
1,0 |
15 |
60 |
0,2 |
3,0 |
1,5 |
3,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|