Принципы теплообменного оборудования. Пластинчато-ребристые теплообменники, страница 5

Зависимости вида =  часто применяют для определения гидравлических потерь при многократно повторяющемся отрыве пограничного слоя, что происходит при поперечном обтекании пучков труб, элементов пластинчато-ребристых и других поверхностей.

Последовательность расчета теплообменных аппаратов. Для нахождения размеров и характеристик теплообменных аппаратов необходимо сформулировать задачу и технические требования, задать необходимые данные и выполнить определенную серию расчетов. В результате находят площадь поверхности теплообмена и другие размеры аппарата, его массогабаритные характеристики, гидравлические потери, температурный КПД. В общем случае выполняют также прочностной расчет теплообменника.

Расчет и конструирование теплообменников – многофакторные задачи, включающие следующие основные этапы:

1) выбор исходных данных – принципиальной схемы аппарата и параметров проходящих через него потоков (расходов, температур, давлений, гидропотерь);                                               

2) выбор типа аппарата (прямотрубный, витой, пластинчаторебристый и т.п.), его конструктивной схемы, вида и размеров используемой поверхности – теплопередающего элемента (гладкая или оребренная трубка); вида насадки и ее геометрии для пластинчато-ребристого или матричного аппарата, размеров зазоров (прокладок), диаметров сердечника и других данных. Рад геометрических размеров: площадь поверхности теплообмена, длину и число трубок (каналов), внешние габариты не задают, а определяют из расчета;

3) выбор справочных данных – теплофизических характеристик потоков (плотности, теплоемкости, теплопроводности, вязкости и др.) при среднеарифметической температуре потока Т = (T"+ T")/2 и заданном давлении, а при расчете по участкам – при температуре каждого участка;

4) определение средней разности температур по методике, изложенной в зависимости от условий теплообмена;

5) определение коэффициента теплопередачи к по формулам (21)–(22), для чего по соответствующим числам Re предварительно находят коэффициенты теплоотдачи , и , выбрав скорости потоков , и w2 и вычислив площади проходных сечений каналов теплообменника Fc = G/();

6) определение площади поверхности по формулам (4), (5) и других размеров аппарата, т.е. его полная компоновка;

7) вычисление гидравлических потерь Δp₁ и Δp₂ по формулам (31) и (33). Если полученные значения Δp не соответствуют заданным, следует изменить скорости потоков и повторить расчет. Расчет продолжают до тех пор, пока не будут достигнуты заданные значения Δp.

Описанный метод последовательных приближений весьма громоздок, поскольку произвольное задание скоростей потоков w вносит неопределенность в расчет, так как предопределяет значение гидравлических сопротивлений, не всегда приемлемое. Предварительно могут быть установлены только некоторые общие рекомендации по выбору скоростей потоков, дающие ориентировочные значения.

Массовая скорость потока  для воздуха, кислорода и азота может принимать следующие значения: при р = 5... 20 МПа = 100 … 300 кг/(м2 • с); при давлении, близком к атмосферному, = 8 ... 25 кг/(м2*с). Для водорода и гелия (прямой поток высокого давления) 30 ... 100 кг/(м2 • с); при давлении, близком к атмосферному, = 4 ... 12 кг/(м2 • с).

Другой метод расчета теплообменников (прямой) состоит в том, что в качестве исходных данных принимают не скорости потоков, а конкретные численные значения допустимых гидравлических потерь Δp. Полная система уравнений, описывающих теплообмен и гидродинамику потоков, позволяет сразу определить площадь поверхности теплообмена и размеры аппарата, соответствующие принятым значениям Δp.

В общем случае такая система включает следующие уравнения:

теплообмена

Гидродинамических потерь

Массовых расходов потоков

и геометрические соотношения, зависящие от конструкции аппарата. Например, для витого теплообменника из гладких трубок