Материал: teplo_2012
3.2. Расчет геометрических параметров
Площадь проходного сечения патрубков равна: |
|
fc пат =π d12пат / 4 ; Re2 ≤ 2000. |
(3.1) |
1 |
|
Гидравлический диаметр каналов в трубной и в межтрубной полостях находим формулой:
dr1 = dтр − 2 δтр ; dr 2 = dтр. |
(3.2) |
Вычисляем расстояние между осями труб в поперечном и продольном направлениях:
|
|
2 |
x |
|
dтр 2 |
|
||
x3 = x1 + dтр; |
x4 = (x2 + dтр ) |
|
1 |
+ |
|
|
(3.3) |
|
|
|
|||||||
− |
2 |
|
. |
|||||
|
|
|
|
|
2 |
|
||
Длина теплообменника с трубными досками равна: |
|
|||||||
L = Lтр + 2 lтр∂. |
|
|
|
|
|
|
(3.4) |
|
Площадь фронтального сечения трубной полости: |
|
|||||||
F |
= πD2 / 4 . |
|
|
|
|
|
|
(3.5) |
фр |
k |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Величина максимального расстояния от первого ряда труб до последне-
го:
Rmax = Dk / 2 −δmin −dтр / 2 − z(1). |
(3.6) |
Находим число рядов труб в половине теплообменника (округлить до целого):
Np= Rmax/x4+1. (3.7)
Расстояние от оси первого до оси последнего ряда равно:
Rм=(Np – 1)x4.
(3.8)
Если Rм больше Rmax, то принимается следующее значение:
Np=Np – 1. (3.9)
Расстояние от оси ОY (см. рис. 3.2) теплообменника до оси I – го ряда труб (I = 1 – Np) вычисляем формулой:
z(I)=z(1)+x4(I – 1). |
(3.10) |
Длина половины хорды I – го ряда труб равна: |
|
y(I )= (D2 / 4 − z2 (I ))0,5 . |
(3.11) |
k |
|
Рассчитаем количество труб в нечетных рядах (в половине ряда): |
|
ктр(I )= y(I )/(x1 + dтр )+1, (I = 1, 3, 5…). |
(3.12) |
Вычислим количество труб в четных рядах (в половине ряда): |
|
ктр(I )= (y(I )− x1 / 2 −dтр / 2)/(x1 + dтр )+1, |
(3.13) |
(I=2, 4, 6…). |
|
Полное количество труб в |
четных рядах (в половине теплообменника) |
соответствует: |
|
К'тр (I )= Ктр (I ) 2 . |
(3.14) |
Полное количество труб в нечетных рядах (в половине теплообменника) равно:
К'тр (I ) = Ктр (I ) 2 −1. |
(3.15) |
Количество труб в теплообменнике рассчитаем по формуле: |
|
Np |
(3.16) |
Ктр.т = 2∑К'тр (I ). |
I =1
Затем находим площадь поверхности теплообмена в трубной полости:
F1 =π( dтр −2δтр )LтрKтр.т; |
(3.17) |
площадь поверхности теплообмена в межтрубной полости: |
|
F2 =π dтр Lтр Kтр.т ; |
(3.18) |
площадь фронтального сечения в межтрубной полости |
|
Fфр2 = DкKтр.т; |
(3.19) |
площадь для прохода теплоносителя в межтрубной полости в I - м ряду
труб
fc2( I ) =( 2 Y( I ) − K'тр( I ) dтр ) Lтр . |
(3.20) |
Сечение площади для прохода теплоносителя в межтрубной полости вычисляем по формуле:
102
Np |
|
|
fc2 = [ ∑ fc2( I ) ] / N p |
. |
(3.21) |
i=1
Площадь для прохода теплоносителя в трубной полости равна:
fc1 =π( dтр − 2δтр )2 / 4Kтр.т . (3.22)
Таким образом, определяем площадь для прохода теплоносителя в трубной и в межтрубной полости.
3.3. Тепловой расчет
При выполнении поверочного расчета в нулевом (начальном) прибли-
жении принимается, что температура теплоносителя на выходе из трубной полости равна температуре на входе в межтрубную полость:
t''1 = t'2 . |
(3.23) |
Средняя температура теплоносителя в трубной полости равна:
t1ср =( t'1 +t''1 ) / 2 . |
(3.24) |
По t1ср определяются теплофизические свойства теплоносителя при
средней температуре Cp1 ,μ1 ,λ1 (см. приложение, таблица П.1, П.2, П.3, П.4,
П.5, П.6). |
|
Потребная тепловая нагрузка в теплообменнике равна: |
|
Q = G1 Cp1 ( t'1 −t' '1 ) . |
(3.25) |
В нулевом (начальном) приближении принимается, что температура те-
плоносителя на выходе из межтрубной полости равна температуре теплоно-
103
сителя на входе в трубную полость
t2'' = t1'. |
(3.26) |
Вычисляем среднюю температуру теплоносителя в межтрубной полос-
ти:
t2ср =( t2о"+t''2 ) / 2 . |
(3.27) |
По t2ср определяем теплофизические свойства Cp2 ,μ2 ,λ2 |
(см. приложе- |
ние, таблица П.1, П.2, П.3, П.4, П.5, П.6).
Уточняем температуру теплоносителя на выходе из межтрубной полос-
ти: |
|
t''2 = Q /( G1 Cp1 ) + t'2 . |
(3.28) |
Если выполняется условие: |
|
( t2''−t2'' ) >1, |
(3.29) |
то принимается t2' ' = t2' ' и расчет повторяется с формулы (3.26). |
|
Вычисляем водяные эквиваленты теплоносителей в трубной и межтруб-
ной полостях:
W1 = G1 Cp1,W2 = G2 Cp 2 . |
(3.30) |
Находим наименьшую и наибольшую из величин W1 и W2 .
Определяем отношение водяных эквивалентов:
R =Wmin / Wmax . |
(3.31) |
Произведем вычисление коэффициентов теплоотдачи.
Массовые скорости теплоносителей равны:
104
( ρv )1 = G1 / fc1 ; ( ρv )2 = G2 / fc2 . |
(3.32) |
||||
Рассчитаем число Рейнольдса: |
|
|
|||
Re1 =( ρv )1 dr1 / μ1 ; Re2 =( ρv )2 dr 2 / μ2 ; |
(3.33) |
||||
число Прандтля: |
|
|
|
|
|
Pr1 = μ1 Cp1 / λ1 ; Pr2 = μ2 Cp2 / λ2 ; |
(3.34) |
||||
число Пекле для теплоносителей в трубной полости: |
|
||||
Pe1 = Pr1 Re1 ; |
|
|
|
(3.35) |
|
число Нуссельта в трубной полости: |
|
||||
Nu |
= 0,021 Re0,8 |
Pr0,43 |
при |
Re1 >10 000 . |
(3.36) |
1 |
1 |
1 |
|
|
|
Nu |
= 0,021 Re0,8 |
Pr0,43 |
ϕ при |
2 200 ≤ Re1 ≤10 000 . |
(3.37) |
1 |
1 |
1 |
|
|
|
где Re = 2 200, 2 300, 2 500, 3 000, 3 500, 4 000, 5 000, 6 000, 7 000, 8 000, 9 000;
φ = 0,22; 0,35; 0,45; 0,59; 0,7; 0,76; 0,86; 0,91; 0,96; 0,98; 0,99.
Если Re1 < 2 200 и Re |
dr1 |
>12 , то |
|
||
|
|
||||
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
тр |
|
|
Nu1 =1,61 (Re |
dr1 |
)0,333 . |
|
|
(3.38) |
|
|
|
|||
|
L |
|
|
|
|
|
тр |
|
|
|
|
Если число Nu1 получается меньше 3,66, то принимается Nu1 = 3,66 . |
|
||||
Коэффициент теплоотдачи в трубной полости равен: |
|
||||
α1 = Nu1 λ1 / dr1 . |
|
|
(3.39) |
||
Температуру стенки трубы вычисляем формулой: |
|
||||
|
tст = (α1 t2ср |
+α2ср tср )/(α1 +αx2 ) |
(3.40) |
||
105