Уточненный расчет теплообменника

Поверхность теплообменного аппарата вычисляется по формуле

, (2.5)

Где К_ут - уточненный коэффициент теплопередачи без учета загрязнений, который вычисляется по формуле

, (2.6)

где α₁ и α₂ - коэффициенты теплоотдачи на внутренней и наружной поверхностях трубок;

S_ст и λ_ст- толщина стенки и теплопроводность материала. В расчетах принимаем = 30 Вт/(м·К) [6].

Коэффициенты α₁ и α₂ зависят от режима движения теплоносителя и физических свойств самих продуктов.

Произведем уточненный расчет поверхности теплообмена по уточненной теплоотдаче в трубном пространстве.

Рассчитаем линейные скорости движения потоков по формулам

, (2.7)

где G_тр - расход воды, кг/с;

ρ_тр- плотность воды, кг/ м³;

f_тр- площадь проходного сечения по трубам, м².

Подставив данные, получим

м/с.

Режим потока устанавливается в зависимости безразмерного критерия Рейнольдса, который определяется по формуле

; (2.8)

.

Так как критерий Рейнольдса >10000 – движение турбулентное.

Для турбулентного режима рекомендуется следующая зависимость

, (2.9)

где - критерий Нуссельта,

Критерий Прандтля определяется по формуле:

. (2.10)

Коэффициент теплопередачи от внутренней поверхности трубок определим по формуле:

(2.11)

Подставив данные, получим

;

;

.

Произведем уточненный расчет поверхности теплообмена по уточненной теплоотдаче в межтрубном пространстве.

Рассчитаем линейные скорости движения потоков по формуле:

, (2.12)

где G_мтр- расход стабильного бензина, кг/с;

ρ_мтр- плотность стабильного бензина, кг/ м³;

f_мтр- площадь проходного сечения по межтрубному пространству, м².

Подставив данные, получим

м/с.

Режим потока устанавливается в зависимости безразмерного критерия Рейнольдса, который определяется по формуле:

; (2.13)

.

Так как Re> 10³, то критерий Нуссельта находится по следующей формуле:

(2.14)

где с, n – коэффициенты, зависящие от способа размещения труб. Для труб, расположенных по вершинам квадратов с=0,38, n=0,6;

ε_φ – коэффициент, зависящий от многоходовости, для стандартных теплообменных аппаратов ε_φ= 0,6.

Найдем значение критерия Прандтля по формуле:

. (2.15)

Коэффициент теплопередачи от внутренней поверхности трубок определим по формуле:

. (2.16)

Подставив данные, получим

;

;

.

Рассчитаем уточненный коэффициент теплопередачи

Найдем уточненную поверхность теплообменного аппарата

м².

Таким образом, уточненная площадь теплообмена оказалась меньше площади теплообмена по каталогу, поэтому принимаем решение использовать выбранный тип теплообменного аппарата.

Результаты расчетов теплообменного аппарата сведены в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 - Результаты расчетов теплообменного аппарата

Вывод

В данном разделе нами были проведены расчеты по определению тепловой мощности аппарата Q, она составила 0,102 МВт, а также проведены ориентировочный и уточненный расчеты поверхности теплообмена, в результате чего был выбран теплообменный аппарат с компенсатором 600 ТК-2,5-4-М1/25Г-6-К-4-У-И по ТУ 3612-023-00220302-01,Холодильник с линзовым компенсаторм горизонтальный ТП, с диаметром кожуха D = 500 мм, на условное давление в трубах P_у = 2,5 Мпа и в кожухе P_у = 2,5 Мпа материального исполнения М1, с гладкими теплообменными трубками диаметром d = 25мм, длиной L = 6м, расположенными по вершинам квадратов, 2-х ходовой по трубному пространству, умеренного климатического исполнения, с креплениями для теплоизоляции, у которого поверхность теплообмена составляет F = 62,2 м², площадь проходного сечения одного хода по трубам f_тр=0,0228 м², площадь проходного сечения по межтрубному пространству f_мтр=0,063 м².