Расчет разборного пластинчатого теплообменника

Пластины 0,6 наиболее эффективно работают в жидких средах, теплофизические показатели которых близки к воде. Гофры пластин имеют в сечении профиль равнобедренного треугольника с основанием 18 мм и высотой 4,5 мм и расположены под углом 60^O, образуя форму “ёлки”, толщина пластины 0,8 или 1 мм. Штампуются из стали или титана. Максимальное давление в аппарате - 1МПа, диапазон рабочих температур от -20 до 180 ^OС.

Рисунок 2. Теплопередающие пластины;

 слева – с типоразмером 0,3, справа – с типоразмером 0,6.

Теплообменные пластинчатые аппараты не требуют устройства специальных фундаментов и устанавливаются непосредственно на полу с гидроизоляцией или на перекрытии, рассчитанном на соответствующую нагрузку от оборудования.

Разборка и отчистка теплопередающих пластин от загрязнения осуществляется в пределах рамы аппарата, и требуют во много раз меньших трудозатрат, чем отчистка равной площади поверхности теплообмена трубчатых теплообменников.

Срок службы основных деталей из материалов, применяемых на нейтральных средах: пластин – не менее 10 лет, прокладок – не менее 2 лет.
2. РАСЧЁТ НЕДОСТАЮЩИХ ПАРАМЕТРОВ.

Находим средние температуры греющего и нагреваемого теплоносителей, ^OC:

,

.

Из таблицы 11[2] по средней температуре берём следующие термодинамические свойства теплоносителей:

   -    для греющего

; ; ; ; .

   -    для нагреваемого

; ; ; ; .

Средняя температура стенки, ^OC:

.

Определяем число Прандтля стенки из таблицы 11[2]: .

Тепловая нагрузка аппарата, кВт:

.

Расход греющего теплоносителя, кг/c:

, где h = 0,98 – степень поглощения теплоты стенкой.

3.  СРАВНЕНИЕ ПЛАСТИН С ТИПОРАЗМЕРОМ 0,3 И 0,6 ПО

     ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ.

3.1 Сравнение пластин по тепловой эффективности.

При сравнении пластин по тепловой эффективности будем рассматривать одну пластину, омываемую с одной стороны – греющем теплоносителем, а с другой – нагреваемым теплоносителем.

1.) Рассмотрим пластину с типоразмером 0,3:

Зададимся скоростью греющего теплоносителя ω₁ = 0,2 м/с и ω₁ = 0,4 м/с.

Так как рассматриваем одну пластину, то площади живого сечения по греющему и нагреваемому теплоносителю можно считать одинаковыми  f₁ = f₂, т.е.:

Тогда скорость нагреваемого теплоносителя, м/c:

- при ω₁ = 0,2 м/с

;

- при ω₁ = 0,4 м/с

.

Из таблицы 1.8[1] примем эквивалентный диаметр канала, d_э = 0,008 м.

Число Рейнольдса для греющей и нагреваемой воды:

- при ω₁ = 0,2 м/с

;

;

- при ω₁ = 0,4 м/с

;

.

Так как Re > 50, то согласно [1] - течение турбулентное, тогда числа Нуссельта определяются по формуле:

- при ω₁ = 0,2 м/с

;

;

- при ω₁ = 0,4 м/с

;

.

Для греющей и нагреваемой воды определяем коэффициенты теплоотдачи, :

- при ω₁ = 0,2 м/с

;

;

- при ω₁ = 0,4 м/с

;

.

Поскольку величина , то коэффициент теплопередачи определяется, :

- при ω₁ = 0,2 м/с

;

- при ω₁ = 0,4 м/с

.

Коэффициенты сопротивления для греющей и нагреваемой воды:

- при ω₁ = 0,2 м/с

;

;

- при ω₁ = 0,4 м/с

;

.

Затраты мощности на прокачку для обоих теплоносителей, Вт/м²:

- при ω₁ = 0,2 м/с

;

;

- при ω₁ = 0,4 м/с

;

.

Суммарные затраты мощности на прокачку теплоносителей, Вт/м²:

- при ω₁ = 0,2 м/с

;

- при ω₁ = 0,4 м/с

.

2.) Рассмотрим пластину с типоразмером 0,6:

Расчёт для пластины с типоразмером 0,6 аналогичен. Зададимся скоростью греющего теплоносителя ω₁ = 0,2 м/с и ω₁ = 0,4 м/с. Из таблицы 1.8[1] примем эквивалентный диаметр канала, d_э = 0,0083 м.

Число Рейнольдса для греющей и нагреваемой воды:

- при ω₁ = 0,2 м/с

;

;

- при ω₁ = 0,4 м/с

;

.

Числа Нуссельта определяются по формуле:

- при ω₁ = 0,2 м/с

;

;

- при ω₁ = 0,4 м/с

;

.

Для греющей и нагреваемой воды определяем коэффициенты теплоотдачи, :

- при ω₁ = 0,2 м/с

;

;

- при ω₁ = 0,4 м/с

;

.

Поскольку величина , то коэффициент теплопередачи определяется, :

- при ω₁ = 0,2 м/с

;

- при ω₁ = 0,4 м/с

.

Коэффициенты сопротивления для греющей и нагреваемой воды:

- при ω₁ = 0,2 м/с

;

;

- при ω₁ = 0,4 м/с

;

.

Затраты мощности на прокачку для обоих теплоносителей, Вт/м²:

- при ω₁ = 0,2 м/с

;

;

- при ω₁ = 0,4 м/с

;

.

Суммарные затраты мощности на прокачку теплоносителей, Вт/м²:

- при ω₁ = 0,2 м/с

;

- при ω₁ = 0,4 м/с

.

По полученным результатам строим зависимость K = f ( ∑No) для обоих типоразмеров пластин в логарифмических координатах (рисунок 4).

Из рисунка видно, что энергетически выгодной является пластина с типоразмером 0,6. Количественная сторона эффективности оценивается коэффициентом тепловой эффективности при  ∑No= idemпо уравнению:

, где K₂ ,K₁ – значения коэффициентов теплопередачи, взятые при ∑No = 10 Вт/м², соответственно для пластины 0,6 и пластины 0,3.

Таким образом, коэффициент теплопередачи для пластины 0,6 выше коэффициента теплопередачи для пластины 0,3 на 12%.

∑No, Вт/м2

K·103, Вт/(м2·К)

 

3.2 Сравнение пластин по габаритным характеристикам.

Для сравнения пластин по габаритным характеристикам рассмотрим пять пластин, собранных в рабочее состояние.

1.) Рассмотрим пластину с типоразмером 0,3:

Объём такого пакета пластин можно вычислить по формуле, м³:

, где l – длина пластины, принимается по таблице 1.8[1], м;

h – ширина пластины, принимается по таблице 1.8[1], м;

s – шаг (толщина пластины плюс зазор между ними), также принимается