Тепловой расчет теплообменного аппарата типа «Труба в трубе»

d₂/d₁ = 36/32 мм, D = 58 мм, материал стенки - латунь l = 115 Вт/м^.град,

потери теплоты D = 1,5%, длина секции l₁ = 1,9 м.

Решение:

1. Определение количества передаваемой теплоты и параметров потоков, проходящих через аппарат.

   Средняя температура масла:    t_cp1 = 0,5(t₁’+t₁”) = 0,5(105+60) = 82,5°C.

   При этой температуре для масла МС-20: r₁ = 857,516 кг/м³, С_р1 = 2,2355 кДж/кг^.град.

   Расход масла:  G₁=w₁צ₁×r₁ = 0,5×0,25×3,141×(0,032)²×857,516=0,345 кг/с.

   Количество передаваемой теплоты: Q₁=G₁×Cp₁× (t₁’-t₁”)=0,345×2,2355×45=34,706 ,кВт.

С учетом тепловых потерь:Q₂=Q₁(1-D/100)=34,706×0,985=34,185 ,кВт.

Принимаемая температуру воды  t₂”=27 ^оС, таким образом, t_ср2=25,5 ^оС следовательно,   С_р2 = 4,1767 кДж/кг^.град, плотность r₂ = 996,45 кг/м³.

 Расход воды: G₂=w₂צ₂×r₂ = 4×0,25×3,141×(0,036)²×996,45=4,057 кг/с.

Температура охлаждающей воды на выходе:  t₂” =27 ^oC

     Средняя температура воды:   t_cp2 = 0,5(t₂’+t₂”) = 0,5(24+27) = 25,5°C

Отличие менее 2%

2. Выбор теплофизических характеристик потоков.

            Для масла МС-20 при t_cp1 = 82,5°C:

n₁= 36,275^.10^-6 м²/с; Pr_ж1= 546; l₁= 0,12675 Вт/м^.град; b₁= 6,61^.10^-4 К^-1

            Для воды при t_cp2 = 25,5°C:

n₂= 0,895^.10^-6 м²/с; Pr_ж2= 6,14; l₂= 60,945 ^.10^-2 Вт/м^.град

3. Определение среднелогарифмической разности температур.

t₁’= 105°C® t₁”= 60°C                                             Dt_б= 105-24= 81

                        t₂”= 27°C  ¬t₂’= 24°C                                              Dt_м= 60-27 = 33

            Определим среднелогарифмическую разность температур:

Dt_ср=(Dt_б - Dt_м)/ln(Dt_б/Dt_м)=53,5

4. Расчет коэффициента теплопередачи.

            Число Рейнольдса для масла:                

            441<2320 Þ режим движения ламинарный.

            Определим коэффициент теплоотдачи от масла к стенке:

            Так как температура стенки неизвестна,  в первом приближении принимаем

t_c1 = t_cp1-  Dt/2 = 82,5 - 45/2 = 60°C. При этой температуре Pr_c1=1340.

            Число Грасгофа:                  

  ,Вт/м²×град

            Число Рейнольдса для охлаждающей воды:    d_экв=D - d₂= 0,058 - 0,036 = 0,022 м

 ;  98324>10 000 Þ режим движения турбулентный

Примем t_c2 = t_cp2+  Dt/2 = 25,5 + 3/2 = 27°C Þ Pr_c2=5,9

    ,Вт/м²×град

Линейный коэффициент теплопередачи:

    ,Вт/м×град

Определяем температуры стенок:

^oC(было принято 60°С)

^oC  (было принято 27°С)

При t_c1=29,75°C для масла МС-20 Pr_c1=7309,8 и            =0,523 (было 0,8)

   При t_c2=26,1°C для воды Pr_c2=6,044 и   =   1,9  (было   1,00)                                   

            С учетом новых значений поправок:               Nu₁=22,63       a₁=89,63 Вт/м^2.град

Nu₂=756,8     a₂=20942,1 Вт/м^2.град

            Новое значение коэффициента теплопередачи: k_l=2,7,Вт/м×град

           Уточним значения температур стенок:  t_с1=32^оС(было29,75 ^оС)

t_с2=25,7^оС(было 25,5^оС)

            Совпадение достаточно точное.

5. Определение поверхности теплообмена.

            Общая длина теплообменника:              L=Q₁/(k_l×p×Dt_cp)=34,706/(2,7×3,14×53,5)=76,5 м

            Поверхность теплообмена:                   F=p×d₁×L=3,14×0,03×76,5=7,7 м²

            Число секций:                                           z=L/l₁=76,5/1,9=40 штук