Расчет кожухотрубчатого теплообменника. Гидравлический расчет для труб без поперечных ребер и труб с поперечными ребрами

Расчет кожухотрубчатого теплообменника.

Рассчитать вертикальный кожухотрубный теплообменник для нагрева  воздуха с начальной температурой 20°С до 150°С. Греющий агент – насыщенный водяной пар с давлением 8 атм.

По таблицам [2.c.549-550] находим параметры насыщенного водяного пара, t_г.п.=169,6°С, плотность ρ_г.п.=4,075кг/м³, теплосодержание – i_г.п.=2776кДж/кг, теплота парообразования – r_г.п.=2057кДж/кг.

Вводим обозначения:

1- Греющий пар

2- воздух

1) Расчет средней температуры

    

т.к.

т.к. t_г.п.=const, то ε_∆t=1

Определяем:

Динамическую вязкость /2.c537.т.XXXIX/ при 

Плотность /2.c513.т.V/ при 

Коэффициент теплопроводности λ=0,23Вт/м*К  /2.с560.рис.IX/ при 

2) Составляем тепловой баланс.

определяем теплоемкость воздуха

Определяем расход воздуха

Определяем массовый расход пара.

3) Задаемся значением критерия Рейнольдса Re=23000

Задаемся внутреннем диаметром труб d=21мм [d_тр = 25х2]

Определяем скорость воздуха

4) Определяем число труб

5) Уточняем скорость

6) Определяем истинное значение критерия Re

7) Определяем критерий Pr

8) Определяем критерий Nu

Теплоотдача при развитом турбулентном течении в прямых трубах и каналах (Re>10000) расчетная формула:

   /2. стр. 152 формула (4.17)/

Для газов расчетная формула упрощается, т.к. в этом случае

9) Определяем коэффициент теплоотдачи от пара к стенки. В случае конденсации на пучке вертикальных труб, он составит:

/2. стр.161 формула (4,52)/

Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху:

10) Определяем сумму термических сопротивлений стенки и загрязнения.

17.5-коэффициент теплопроводности нержавеющей стали

2800-среднее значение тепловой проводимости воздуха

5800- среднее значение тепловой проводимости водяного пара

11) Определяем коэффициент теплопередачи для труб без оребрения.

12) Определяем поверхность теплообмена.

Определяем длину труб

Выбираем трубы L=8000мм

Уточняем поверхность теплообмена

Определяем поверхность теплообмена одной трубы:

определяем общую поверхность теплообмена труб:

Расчет труб с поперечными ребрами.

16) Определяем высоту ребра.

17) Определяем критерий Nu

18) Определяем коэффициент теплоотдачи.

   /2.c.158.рис 4,6/

19) Определяем коэффициент теплопередачи.

20) Определяем поверхность теплообмена.

Определяем площадь одного ребра:

Определяем поверхность теплообмена одного ребра:

Определение поверхность теплообмена одной трубы:

Общая поверхность теплообмена:

n^/-число ребер на одной трубе

Гидравлический расчет.

Для труб без поперечных ребер.

Для стальных труб с незначительной коррозией.

Шероховатость l=0.2мм

d=0.021мм               Re=22294,29

  λ=0,043Вт/м*К  /2 с.22.рис1.5/

1) Определяем скоростное давление в трубах.

2) Определяем потери давления на преодоление трения в трубах.

3) Определяем скорость раствора в штуцерах.

4) Определяем давление в штуцерах.

5) Потери

6) Общее гидравлическое сопротивление трубного пространства теплообменника:

Для труб с поперечными ребрами.

Для стальных труб с незначительной коррозией.

Шероховатость l=0.2мм

d=0.021мм               Re=22294,29

λ=0,041 Вт/м*К  /2 с.22.рис1.5/

1) Определяем скоростное давление в трубах.

2) Определяем потери давления на преодоление трения в трубах.

3) Определяем скорость раствора в штуцерах.

4) Определяем давление в штуцерах.

5) Потери

6) Общее гидравлическое сопротивление трубного пространства теплообменника:

Расчет вентилятора.

Рассчитываем мощность вентилятора:

η=0,92*0,94*0,96=0,83 – общий к.п.д. вентиляционной установки

Q – подача вентилятора

∆Р – повышение давления, создаваемое вентилятором.

Выбираем воздуходувку ТВ-42-1,4 /5 стр.36 табл.2,3/

Электродвигатель А02-82-2

Т.к. коэффициент теплопроводности воздуха меньше чем коэффициент теплопроводности пара, рассчитаем случай когда в трубном пространстве находится пар:

 Составляем тепловой баланс.

определяем теплоемкость воздуха

Определяем расход воздуха

Определяем массовый расход пара.

3) Задаемся значением критерия Рейнольдса Re=27000

Задаемся внутреннем диаметром труб d=21мм [d_тр = 25х2]

Определяем скорость воздуха

4) Определяем число труб

5) Уточняем скорость

6) Определяем истинное значение критерия Re

7) Определяем критерий Pr

8) Определяем критерий Nu

Теплоотдача при развитом турбулентном течении в прямых трубах и каналах (Re>10000) расчетная формула:

   /2. стр. 152 формула (4.17)/

Для газов расчетная формула упрощается, т.к. в этом случае

9) Определяем коэффициент теплоотдачи от пара к стенки. В случае конденсации на пучке вертикальных труб, он составит:

/2. стр.161 формула (4,52)/

Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху:

10) Определяем сумму термических сопротивлений стенки и загрязнения.

17.5-коэффициент теплопроводности нержавеющей стали

2800-среднее значение тепловой проводимости воздуха

5800- среднее значение тепловой проводимости водяного пара

11) Определяем коэффициент теплопередачи для труб без оребрения.

12) Определяем поверхность теплообмена.

Определяем длину труб

Выбираем трубы L=8000мм

Уточняем поверхность теплообмена

Определяем поверхность теплообмена одной трубы:

определяем общую поверхность теплообмена труб:

Расчет труб с поперечными ребрами.

16) Определяем высоту ребра.

17) Определяем критерий Nu

18) Определяем коэффициент теплоотдачи.

   /2.c.158.рис 4,6/

19) Определяем коэффициент теплопередачи.

20) Определяем поверхность теплообмена.

Определяем площадь одного ребра:

Определяем поверхность теплообмена одного ребра:

Определение поверхность теплообмена одной трубы:

Общая поверхность теплообмена:

n^/-число ребер на одной трубе

Гидравлический расчет.

Для труб без поперечных ребер.

Для стальных труб с незначительной коррозией.

Шероховатость l=0.2мм

d=0.021мм               Re=18727,203

  λ=0,038Вт/м*К  /2 с.22.рис1.5/

1) Определяем скоростное давление в трубах.

2) Определяем потери давления на преодоление трения в трубах.

3) Определяем скорость раствора в штуцерах.

4) Определяем давление в штуцерах.

5) Потери

6) Общее гидравлическое сопротивление трубного пространства теплообменника:

Для труб с поперечными ребрами.

Для стальных труб с незначительной коррозией.

Шероховатость l=0.2мм

d=0.021мм               Re=18727,203

λ=0,035 Вт/м*К  /2 с.22.рис1.5/

1) Определяем скоростное давление в трубах.

2) Определяем потери давления на преодоление трения в трубах.

3) Определяем скорость раствора в штуцерах.

4) Определяем давление в штуцерах.

5) Потери

6) Общее гидравлическое сопротивление трубного пространства теплообменника:

Рассчитываем мощность вентилятора:

η=0,92*0,94*0,96=0,83 – общий к.п.д. вентиляционной установки

Q – подача вентилятора

∆Р – повышение давления, создаваемое вентилятором.

Выбираем воздуходувку 2А-34 /5 стр.36 табл.2,3/

Электродвигатель 4А250-443