Произведем расчет конструктивный и тепловой (поверочный)
при следующих условиях:
теплопроизводительность аппарата 1800 кВт;
материал трубки латунь; корпус – сталь;
температура греющего теплоносителя на входе 180 С, на выходе – 100 С
и 
;
температура нагревающего теплоносителя 5 С на входе, на выходе – 70 С
и 
;
поверхность нагрева выполнена из латунных трубок диаметром 
;
теплопроводность материала трубок 
;
толщина накипи 
; теплопроводность накипи 
;
коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду 
;
теплоносители движутся по противотоку.
Рис. 1. Кожухотрубчатый теплообменник с жестким креплением
трубных решеток
Решение:
Определяем средний тепловой расчёт греющей воды при 
Средний объёмный расход нагреваемой воды при 
где 
и 
− плотность воды при соответствующих температурах (табл. 7, приложения);
– теплоёмкость воды.
Средний температурный напор в аппарате:
Задаёмся скоростью движения воды в трубках 
, и определяем площадь поверхностного сечения трубок в секции:
Количество трубок:
По таблице 8 находим ближайшее конструктивное число трубок, равное 37 (при расположении трубок по концентрическим окружностям).
Такому количеству трубок соответствует диаметр аппарата 
. Принимая шаг по радиусу, 
, т.е. 
и кольцевой зазор 
, определяем внутренний диаметр корпуса:
Находим скорость движения воды в межтрубном пространстве.
Площадь поперечного сечения корпуса:
Площадь, занятая трубками:
Площадь межтрубного пространства:
Скорость воды в межтрубном пространстве:
Для вычисления коэффициента теплоотдачи 
от охлаждаемой воды находим критерий Рейнольдса:
> 
Что соответствует установившемуся турбулентному режиму.
Поэтому следует пользоваться следующей формулой, имея в виду, что действительная скорость в трубках:
Для воды принимаем уточнённую формулу:
где А = 3780 − табл. 9, приложения.
Таким образом, 
Коэффициент теплопередачи 
со стороны нагреваемой воды находим аналогичным путём. Определяем режим движения воды в межтрубном пространстве:
> 
,
uде 
Воспользуемся той же формулой, только коэффициент А = 2325 при 
Коэффициент теплопередачи вычисляем по формуле (для плоской стенки)
Поверхность нагрева подогревателя
Длина трубок:
Выполняем подогреватель из двух секций.
Активная длина трубок в каждой секции равна 
. 
,
округляем до 3,5 м.
Таким образом, каждая секция будет состоять из 37 трубок длиной 3,5 м.
Диаметры всех штуцеров аппарата должны быть одинаковыми, так как расходы равны 
.
Приняв скорость воды в штуцерах равной 1,5 
, получим
Принимаем 
Задача №5 (9). Определить коэффициент теплоотдачи сухого насыщенного водяного пара на горизонтальной трубе 
конденсатора при коридорном и шахматном расположении в нем труб.
Найти количество конденсирующего за 1 час пара, если абсолютное давление в конденсаторе 
, температурный напор пар − стенка 
, наружный диаметр латунных труб в конденсаторе 
, а длина 
.
Насколько изменится коэффициент теплоотдачи, если в паре содержатся 1% воздуха?
Дано:
𝝉 =1 ч
в = 1%
𝛂 кор −?, 𝛂 шах−?
Gкор −?, Gшах −?
𝛂 в −?
Решение:
Коэффициент теплоотдачи при пленочной конденсации пара на горизонтальной трубе определяется по формуле:
По приложению табл. 6 определяем число As для температуры насыщения ts = 100⁰C:
Подставляя, получаем:
Коэффициент теплоотдачи при различном расположении труб равен:
где εt – поправка на число n рядов труб в пучке.
εt определяем по графику:
εt = 0,98 − при коридорном расположении труб
εt = 0,99 − при шахматном расположении труб
Количество конденсирующего за 1 час пара:
где r = 2,26∙106 Дж/кг при ts = 100 0С – табл. 7, приложения.
Изменение теплоотдачи при содержании в паре 1% воздуха определяется при помощи графика, приведенного ниже
При коридорном расположении труб:
При шахматном расположении труб:
Ответ:
Задача №6 (11). Определить тепловой поток, теряемый за счет излучения стальной трубой диаметром d = 80 мм и длиной 
. Труба, температура которой 
расположена в помещении на большом удалении от его стен. Степень черноты материала трубы 
,температура стен в помещении 
. Как изменится лучистая составляющая коэффициента теплоотдачи от поверхности трубы, если ее покрыть цилиндрическим кожухом (экраном) толщиной 
, выполненным из тонких алюминиевых листов (степень черноты 
)? Найти температуру алюминиевого кожуха. Конвективным теплообменом при расчетах пренебречь.
Дано:
d = 80 мм
Δ𝛂 л −?
t кож −?
Решение:
Потеря теплоты оголенным паропроводом:
При условии, что 
𝜺 пр = 𝜺1 – приведенная степень черноты;
где 
коэффициент излучения абсолютно черного тела;
Площадь трубы находим по формуле:
При экранировании потери теплоты определяются по формуле:
Эквивалентная степень черноты при этом:
Подставляя, получаем:
Температуру алюминиевого листа находим из формулы:
Отсюда выражаем t3 и получаем t3 = 725°K
Находим лучистую составляющую коэффициента теплообмена для обоих случаев:
Δ𝛂 л = 𝛂 л1 − 𝛂 л2 = 13,8 −1,97 = 11,83
Ответ: 
t3 = 725°K
Δ𝛂 л = 11,83
Таблица 6
Таблица 7
Таблица 8
Таблица 9
