Изучение конструкций и разработка алгоритма расчета кожухотрубного рекуперативного теплообменного аппарата с гладкими трубами

3. Лабораторная работа № 3

Изучение конструкций и разработка алгоритма расчета

кожухотрубного рекуперативного теплообменного аппарата

с гладкими трубами

Целью работы является углубленное изучение процессов, протекающих в теплообменных аппаратах.

Основными задачами, выполняемыми в ходе работы, являются изучение взаимного влияния конструкционных решений на процессы теплообмена в кожухотрубных теплообменных аппаратах.

3.1. Изучение конструкций кожухотрубных теплообменных аппаратов с гладкими трубами

Первая часть работы посвящена изучению конструкций кожухотрубных теплообменных аппаратов с прямыми гладкими (неоребренными) трубами. Данный тип теплообменных аппаратов традиционно является самым распространенным в судовых энергетических установках. На рис. 3.1 представлена компоновочная схема теплообменного аппарата данного вида.

Конструкции кожухотрубных теплообменных аппаратов других видов и их конструктивные особенности изучаются во время занятия по наглядным материалам (плакаты, слайды и пр.). Особое внимание уделяется конструкциям основных узлов теплообменников, способам организации движения потоков теплоносителей и т. д.

По итогам выполнения первой части студенты должны представить рисунок (компоновочную схему) и спецификацию основных элементов ТА.  Конструкция  ТА  должна предусматривать возможность его дрениро-

вания после отключения для хранения или ремонта. Вид теплообменного аппарата − в соответствии с вариантом задания (приложение 4).

3.2. Алгоритм теплового расчета рекуперативных

теплообменных аппаратов

Тепловой расчет любого рекуперативного теплообменного аппарата сводится к совместному решению двух уравнений: теплового баланса и теплопередачи.

В соответствии с уравнением теплового баланса количество теплоты, отведенной от теплоотдающего теплоносителя (ТОТ) (Q₁), равно количеству теплоты, подведенной к тепловоспринимающему теплоносителю (Q₂)

½Q₁½ = Q₂ = Q*.                                    (3.1)

При постановке задачи расчета, в зависимости от назначения теплообменного аппарата, как правило, бывают известными величины, характеризующие теплоноситель, который является основным (охлаждаемая среда −  в охладителях, нагреваемая − в нагревателях и т. п.) − расходы и значения концевых температур. Известными бывают значения отдельных величин для второго теплоносителя (например, температура забортной воды для охладителей воды внутреннего контура системы охлаждения судовых дизелей). В этом случае следует задаться значением одной из неизвестных величин, которое должно быть уточнено при выполнении расчета теплообменного аппарата.

Количество отводимой (подводимой) теплоты определяется из выражений:

− в случае отсутствия изменения агрегатного состояния теплоносителей

                            |Q| = М (t'' − t'),                                        (3.2)

или 

                            |Q| = V(t'' − t'),                                       (3.3)

где M и V –  соответственно, массовый (кг/с) и объемный (м³/с) расходы теплоносителя;  − средняя массовая изобарная теплоемкость теплоносителя, кДж/(кг∙К) в интервале температур (t', t'');  − средняя объемная изобарная теплоемкость теплоносителя, кДж/(м³∙К) в интервале температур (t', t'')); t', t'' − температуры теплоносителя, соответственно, на входе в теплообменный аппарат и на выходе из него;

− при изменении агрегатного состояния теплоносителей (конденсаторы, испарители и пр.)

|Q| = М(i_вых – i_вх),(3.4)

где i_вх, i_вых – энтальпии теплоносителя соответственно на входе в теплообменный аппарат и на выходе из него, кДж/кг.

Уравнение теплопередачи записывается в следующем виде

Q = kDtF,              (3.5)

где  k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²×К);

Dt – температурный напор, °С;

F – площадь поверхности теплообмена, м².

По итогам решения уравнения теплового баланса  определяются значения величин, необходимых для решения уравнения теплопередачи. Уравнение теплопередачи решается относительно площади поверхности теплообмена, после чего производится ее окончательная компоновка. Расчет теплообменных аппаратов производится в следующей последовательности:

·  из (3.2), (3.3) или (3.4) определяется количество теплоты, необходимой для получения требуемых выходных параметров теплоносителей (Q₁ или Q₂ − в зависимости от задания);