Расчет двухпоточных витых теплообменников на ПЭВМ: Методические указания

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный университет  низкотемпературных и пищевых технологий

Кафедра криогенной техники

РАСЧЕТ  ДВУХПОТОЧНЫХ  ВИТЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ  НА  пэвм

Методические указания для студентов специальностей 070200, 101700  

Санкт-Петербург  2002

УДК  621.59

Акулов Л.А.,  Борзенко Е.И., Иванов Д.Н.  Расчет двухпоточных витых теплообменников на ПЭВМ: Метод. указания  для студентов спец. 070200, 101700. – СПб.: СПбГУНиПТ, 2002. – 33 с.

Приведена методика расчета витых двухпоточных теплообменников из гладких   и оребренных трубок с различной геометрией навивки. Даны указания по применению программы их расчета, составленной для пользователей ПЭВМ. По каждому из видов теплообменников приведены примеры расчета и последовательность ввода исходных данных.

Рецензент

Доктор техн. наук, проф.  Н.Н. Бухарин

Одобрены к изданию советом факультета криогенной техники и кондицио-нирования

Ó Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературныхи пищевых  технологий, 2002

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания рассматривают применение ПЭВМ для теплового, гидравлического и конструктивного расчетов двухпоточных витых теплообменников, используемых в криогенных установках различного назначения. В них изложены основные принципы расчета таких теплообменников на ЭВМ и даны пояснения по использованию программы расчета, записанной на языке «Фортран», применительно   к ПЭВМ. Данная программа может быть использована при расчете теп-лообменников с различными теплообменивающимися средами, но при условии, что теплообмен происходит без изменения агрегатного состояния потока, т. е. либо между чистыми газами, либо между чистыми жидкостями, либо между чистыми жидкостью и газом.

Теплообменники такого типа выполняются из трубок, спирально навитых на сердечник в один или несколько слоев, заключенных в обечайку. Навивка может быть осуществлена гладкими или оребренными трубками. Увеличение наружной поверхности трубок за счет оребрения позволяет существенно улучшить тепловые характеристики аппарата   и добиться уменьшения его габаритов и массы. Обычно поток газа вы-сокого давления или жидкости движется внутри трубок, пространство  в трубках называется трубным. Обратный поток – поток газа низкого давления – движется между слоями трубок, омывая их внешнюю поверхность, в так называемом межтрубном пространстве. К использованию оребренных трубок прибегают тогда, когда коэффициент теплоотдачи прямого потока, движущегося в трубном пространстве, в несколько раз (5–10) выше коэффициента теплоотдачи потока, проходящего по межтрубному пространству.

В теплообменниках криогенных установок используют два вида оребренных трубок. Это трубки с поперечными спиральными ребрами, изготавливаемые методом холодной прокатки, и трубки, оребрение которых выполнено проволокой круглого сечения.

Последовательность  расчета  витых теплообменников

При изготовлении витых гладкотрубных теплообменников применяют плотную, разреженную или шаговую навивку. Схематично эти типы навивок показаны на рис. 1. Теплообменники, имеющие плотную или разреженную навивку, выполняют с дистанционными прокладками. Толщина прокладок и число слоев навивки определяют скорость потока в межтрубном пространстве. В теплообменниках с шаговой навивкой прокладки между слоями (рядами) отсутствуют и каналы для прохода теплоносителя образуются вследствие чередования правой и левой намоток от одного ряда к другому. В этих случаях роль дис

танционных прокладок выполняют ребра.

Рис. 1. Способы намотки трубок:

а – плотная навивка (t₁ > d_н, t₂ = d_н); б – разреженная навивка (t₁ = d_н, t₂ > d_н); в –  шаговая навивка (t₁ > d_н, t₂ > d_н); г – из оребренных трубок с прокладкой; д – из оребрен- ных трубок без прокладки;  е – из трубок, оребренных проволокой;  ж – профиль оребренной  трубки;  з –  профиль  трубки,  оребренной  проволокой;  обозначения:

d_c – наружный диаметр сердечника; t₁ – радиальный шаг навивки трубок; t₂ – осевой шаг навивки трубок;  d – толщина прокладки;  d_н (d₂) – наружный диаметр трубки;  d_в (d₁) – внутренний  диаметр  трубки;  d_р –  диаметр ребра;d_р –  толщина  ребра;   d_п  –  диаметр проволоки; t_р – шаг ребер

В приложении (табл. 1–4) даны геометрические характеристики гладких и оребренных трубок, наиболее часто применяемых для изготовления витых теплообменников криогенных установок.

Для проведения теплового расчета теплообменного аппарата студентом должны быть получены все необходимые исходные данные из материальных и энергетических балансов криогенной установки и ее отдельных аппаратов. Перечень величин, входящих в исходные данные, их размерности, обозначения и рекомендуемая последовательность записи в исходной части программы приведены  в примерах расчета теплообменников.

Целью нижеизложенной методики расчета является проведение прямого (проектного) расчета, включающего в себя тепловой, конструктивный и гидравлический расчеты теплообменного аппарата.