2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ
Тепловой расчёт теплообменника проводится для определения основной характеристики теплообменника - площади поверхности теплообмена. При проведении теплового расчёта используйте следующие допущения и упрощения: греющий пар - сухой насыщенный, конденсат греющего пара покидает теплообменник при температуре конденсации (без переохлаждения). Для определения коэффициентов теплоотдачи используйте зависимости из курса «Тепловые процессы и аппараты» или из соответствующей литературы, например, [1...5].
2.1.Тепловой баланс.
Тепловой баланс теплообменника: , где: Q - количество тепла, отдаваемое греющим паром в единицу времени, Вт: ; Q1 - тепло, расходуемое на нагрев среды: ; - потери тепла в окружающую среду. Таким образом:
(2.1)
где: - теплосодержание греющего пара на входе в теплообменник, Дж/кг, - теплосодержание конденсата греющего пара на выходе из теплообменника (в случае полной конденсации греющего пара, что обычно и имеет место), t1 и t2 - температура нагреваемой среды на входе в теплообменник и на выходе их него, соответственно; - теплоёмкость нагреваемой среды при средней её температуре, Дж/кг К.
Значения , , определяются по таблицам Приложений.
2.2. Коэффициент теплоотдачи со стороны греющего пара.
Для технических расчётов с достаточной степенью точности можно использовать следующие зависимости.
Коэффициент теплоотдачи при плёночной конденсации на наружной поверхности труб:
(2.4)
где: - коэффициент теплопроводности, - плотность, - динамический коэффициент вязкости конденсата при средней его температуре. Теплофизические свойства конденсата в первом приближении можно определить при температуре конденсации (насыщения) , которая определяется по давлению греющего пара на линии насыщения. G - расход конденсата, равный расходу греющего пара, n - число труб в теплообменнике. Для вертикальных труб , , L - длина трубы. Для горизонтальных труб , при и при , - наружный диаметр трубы.
Можно использовать следующее выражение[6]:
(2.4а)
где , которым при расчётах сначала задаются К, а затем, после определения , уточняют методом последовательных приближений. В этом выражении А = 1.13 для вертикальных труб, А = 0.726 для горизонтальных труб.
Как видно из (2.4) и (2.4а), коэффициент теплоотдачи со стороны греющего пара зависит от геометрических характеристик поверхности теплообмена L, d и n, которые определены выше из оценочных расчётов.
2.3. Коэффициент теплоотдачи со стороны нагреваемой воды.
Теплообмен между стенкой канала (трубы) и движущейся в нём сплошной средой описывается критериальным уравнением [2]:
Формула описывает среднюю теплоотдачу при течении жидкости в прямых гладких трубах или продольном обтекании снаружи труб при (L - длина трубы, d - её диаметр) и развитом турбулентном режиме течения ().
За определяющую здесь принята средняя температура жидкости в трубе, определяемая как средне арифметическая на входе и выходе (подстрочный индекс ж), а за определяющий размер - наружный или внутренний диаметр трубы , в зависимости от того, по какой поверхности идёт теплообмен (подстрочный индекс d). Число Prc выбирается по средней температуре поверхности стенки (подстрочный индекс c), которую, в первом приближении, можно принять средней между температурой конденсации греющего пара и температурой нагреваемой воды.
Из выражения (2.5) следует:
(2.6)
2.4. Коэффициент теплопередачи
Полный коэффициент теплопередачи от греющего пара к нагреваемой воде определяется коэффициентами теплоотдачи со стороны пара и воды, теплопроводностью стенки и термическим сопротивлением загрязнения поверхности стенки:
(2.7)
Здесь: - коэффициент теплоотдачи со стороны пара, - коэффициент теплоотдачи со стороны воды, - толщина стенки, - коэффициент теплопроводности материала стенки, Rп - термическое сопротивление загрязнений стенки со стороны пара, Rв - термическое сопротивление загрязнений стенки со стороны воды. Значения коэффициентов теплопроводности материалов труб и термического сопротивления для различных загрязнений приведены в Табл. 5.4 [1, с. 69]. Рассчитав коэффициенты теплоотдачи со стороны греющего пара , со стороны воды , коэффициент теплопередачи К, можно определить поверхность теплообмена F (второе, более точное приближение).
Температура стенки
Из условия равенства тепловых потоков:
, (2.8)
где - удельный тепловой поток, определить температуры стенки tc1 и tc2 , по ним уточнить значение Prc и, соответственно, , среднюю температуру конденсата и, соответственно, .
Определить новые значения: коэффициента теплопередачи К, поверхности теплообмена F, общую длину труб в теплообменнике , где - средний диаметр трубы.
Варьируя длиной и числом труб, определить число ходов , округлить его до целого числа, 2, 4, 6; подобрав целое значение n, близкое к выбранному ранее.
Если новое значение числа труб в ходу существенно отличается от предварительно выбранного значения, следует произвести расчёт очередного приближения.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.