При поперечному омиванні продуктами згоряння коридорних пучків труб з кутом атаки 90 °:

при <1 ∙ 10³

(5.29)

при > 1 ∙ 10³

(5.30)

Для повітря залежності (5.29) і (5.30) спрощуються:

при <1 ∙ 10³

(5.31)

при > 1 ∙ 10³

(5.32)

При поперечному омиванні шахових пучків труб з кутом атаки 90 °:

при <1 ∙ 10³

(5.33)

при > 1 ∙ 10³

(5.34)

Для повітря залежності (5.33) і (5.34) спрощуються:

при <1 ∙ 10³

(5.35)

при > 1 ∙ 10³

(5.36)

де - критерій Re. Визначає течію гріючого теплоносія;

- критерій теплофізичних констант гріючого теплоносія, обчислений при його середній температурі;

- критерій теплофізичних констант гріючого теплоносія, розрахований при середній температурі стінки трубки;

- критерій Re. Визначає течію повітря (якщо в якості гріючого теплоносія використовується повітря).

Оскільки в критерій Pr входять лише постійні фізичні величини, що змінюються тільки від виду і температури теплоносія, то його, зазвичай визначають за таблицями довідкової літератури або відповідно до продуктів згоряння газу за табл. 2 дод. II в залежності від середньої температури гріючого теплоносія ;; для гріючого теплоносія і середньої температури нагрівного теплоносія для нагрівного теплоносія.

Критерій Pr для будь-якого виду теплоносія може бути обчислений також за формулою

(5.37)

де Re - критерій Рейнольдса;

Pe - критерій Пекле;

v - коефіцієнт кінематичної в'язкості теплоносія. Визначається за таблицями довідкової літератури залежно від температури і виду теплоносія або відповідно до продуктів згоряння газу за табл. 2 дод. II або як відношення коефіцієнта динамічної в'язкості теплоносія до його щільності при середній температурі теплоносія;

a - коефіцієнт температуропровідності. Знаходиться за таблицями довідкової літератури або відповідно до продуктів згоряння газу за табл. 2 дод. II або як відношення коефіцієнта теплопровідності теплоносія до добутку теплоємності при середній температурі теплоносія на його щільність:

Критерій Pe визначається зі співвідношення

(5.38)

де w - швидкість течії теплоносія, м / с;

- еквівалентний діаметр змоченої поверхні трубки теплообмінника.

Після визначення критерію Nu обчислюємо коефіцієнт теплосприйняття омиваючої гріючим теплоносієм стінки трубки теплообмінника за виразом (5.26).

Тепловий потік, що передається від гріючого теплоносія до стінки трубки теплообмінника, /, визначається за формулою

(5.39)

де - середньоарифметичний температурний напір, який визначається як напівсума температур гріючого теплоносія на вході і виході з теплообмінника: , ;

- середня температура стінки трубки теплообмінника,. Знаходиться методом підбору.

Визначення коефіцієнта тепловіддачі

Значення коефіцієнта тепловіддачі від стінок труб до нагрівного теплоносія, / , обчислюється за аналогічною формулою

(5.40)

---

де - критерій Nu;

- коефіцієнт теплопровідності нагрівається теплоносія, /. Визначається за таблицями довідкової літератури або за табл. 2 дод. II для сухого і вологого повітря і табл. 11 дод. II для води;

-еквівалентний діаметр змоченої поверхні трубки теплообмінника, м. У цьому випадку еквівалентний діаметр змоченої поверхні трубки розраховується з урахуванням того, що нагрівний теплоносій омиває внутрішню поверхню трубки. Це означає, що при його визначенні не враховується товщина стінки трубки теплообмінника.

У зазначених формулах критерій Nu знаходиться для дещо інших умов руху теплоносія. Раніше в формулах для визначення коефіцієнта теплосприйняття критерій Nu обчислювався за умови, що гріючий теплоносій омивав поверхні трубок впоперек, тобто кут атаки дорівнював 90 °. Вирази для визначення критерію Nu (5.41) і (5.42) записані за умови поздовжнього омивання трубопроводів нагрівним теплоносієм, тобто, для кута атаки 0 °.

Для визначення режиму руху теплоносія по трубах теплообмінника (критерія Re) використовують вираз (5.28), але відносно нагрівного теплоносія. Згідно обчисленого режиму руху визначають критерій Nu за однією з наведених далі формул.

При поздовжньому омиванні пучків труб теплообмінник з кутом атаки 0 °:

при ламінарному режимі руху <1 ∙ 10⁴

(5.41)

при турбулентному режимі руху ≥ 1 ∙ 10⁴

(5.42)

де - коефіцієнт, що враховує зміну середнього коефіцієнта тепловіддачі по довжині труби. Визначається за таблицями довідкової літератури або за табл. 4 дод. II в залежності від критерію Re і відношення l / d.

Слід звернути увагу на співмножник, що представляє собою відношення критеріїв Прандтля / у формулах (5.41) і (5.42). У зв'язку з тим, що теплота передається від стінки до нагрівного теплоносія, коефіцієнт відношення теплофізичних констант нагрівного теплоносія, обчисленого при температурі стінки трубки і при температурі нагрівного теплоносія, записується у вигляді співвідношення / . Якщо теплота передається від гріючого теплоносія до стінки, коефіцієнт відношення теплофізичних констант гріючого теплоносія, обчислений при температурі гріючого теплоносія і при температурі стінки трубок, записується у вигляді співвідношення / .

Після визначення критерію Nu за формулою (5.41) або (5.42) визначають коефіцієнт тепловіддачі від стінок трубопроводів теплообмінника до нагрівного теплоносія за формулою (5.40), а потім за формулою (5.25) обчислюють коефіцієнт теплопередачі від гріючого до нагрівного теплоносія за умови, що дотримується рівність теплових потоків.

Тепловий потік, що рухається від стінки труби до нагрівного теплоносія, /, обчислюється за формулою

(5.43)

де - середньоарифметичний температурний напір, . Визначається як півсума температур нагрівного теплоносія на вході і виході з теплообмінника: ;

---

- середня температура стінки трубки теплообмінника,. Визначається методом підбору.

Після визначення теплових потоків від гріючого теплоносія до стінки труби та від стінки трубки до нагрівного теплоносія необхідно упевнитися в їх рівності, тобто. тепловий потік, який передається від гріючих газів до стінки трубки, повинен бути рівний тепловому потоку, що йде від стінки трубки до нагрівного теплоносія. Якщо в результаті виявляється, що тепловий потік, що йде від гріючого теплоносія до стінки трубки, більше теплового потоку від стінки трубки до нагрівного теплоносія, то необхідно підвищити температуру стінки трубки і виконати розрахунок коефіцієнтів тепловіддачі і тепло сприйняття заново. Коефіцієнти і вважаються визначеними правильно, якщо дотримується рівність теплових потоків

(5.44)

Далі за виразом (5.17) або (5.18) знаходять необхідну поверхню теплообміну.

Можна підрахувати кількість труб проектованого теплообмінника, шт., за формулою

(5.45)

де F - площа поверхні теплопередачі трубок теплообмінника, ;

- площа поверхні теплопередачі однієї трубки теплообмінника, .

---

ПРИКЛАД РОЗРАХУНКУ

Визначити необхідну площу поверхні теплопередачі рекуперативного теплообмінного апарату, що працює на продуктах згоряння промислової термічної печі з температурою = 1200, витратою = 580 / за схемою протиток (номограма 3 дод. III). Склад продуктів згоряння наступний:= 7,66 /, =2,1 /, = 0,2 /, =1,03 /. Теплообмінний апарат нагріває гарячу воду, що використовується для гарячого водопостачання промислового підприємства, від = 4 до = 85. Витрата води в теплообміннику = 200 л/с. Швидкість потоку продуктів згорання через живий переріз міжтрубних каналів теплообмінника w = 4,5 м/с. Зовнішній діаметр трубок теплообмінника = 20 мм, внутрішній діаметр = 16 мм. Орієнтовна довжина трубок теплообмінника l = 0,5 м. Коефіцієнт корисної дії теплообмінника дорівнює 98%.

Необхідно визначити площу поверхні теплопередачі F рекуперативного теплообмінника, конструктивну довжину і кількість трубок теплообмінника за умови, що трубки розташовуються в шаховому порядку.

РОЗВ'ЯЗАННЯ

З рівняння теплового балансу для рекуперативного теплообмінного апарату (5.15) ми визначаємо єдину невідому- температуру відхідних газів :

де - масова теплоємність продуктів згоряння при температурі . Визначається за формулою (5.6);

- масова теплоємність продуктів згоряння при температурі . Величина теплоємності кожного компонента, що входить до складу продуктів згоряння, приймається за таблицями теплоємностей в залежності від температури. Оскільки продукти згоряння є складною газовою сумішшю, то, знаючи їх склад, можна за формулою (5.7) визначити їхню питому теплоємність , попередньо задаючись невідомою температурою . Після визначення температури значення теплоємності перераховують з урахуванням знайденої температури до тих пір, поки величина не буде відповідати температурі.

Знаючи склад продуктів згоряння, визначаємо щільність при нормальних фізичних умовах за формулою (5.8):

Щільність продуктів згоряння при температурі = 1200 знаходиться за формулою (5.9):

При відомому складі продуктів згоряння за формулою (5.6) визначають теплоємність продуктів згоряння на вході в теплообмінник:

Знаючи, що в теплообміннику продукти згоряння віддають теплоту нагрівному теплоносієві, попередньо задаючись температурою гріючого теплоносія на виході з теплообмінника = 1050, визначаємо його щільність за формулою (5.10):

За формулою (5.7) знаходять теплоємність продуктів згоряння при температурі = 1050:

З рівняння теплового балансу (5.15) виражають невідому величину - температуру відхідних газів після теплообмінника. Рівняння вирішуємо щодо цього невідомого:

Різниця між прийнятою температурою = 1050 і отриманої в результаті розрахунку = 1064 за параметрами теплоємності й щільності продуктів згоряння, розрахованих при =1050, виявилася рівною 14. Оскільки значення теплоємності й щільності продуктів згоряння при різниці температур для продуктів згоряння змінюються незначно, то допускається розрахункові параметри прийняти за істинні.

---

За даними розрахунку температури відхідних газів будуємо графік зміни температур гріючого і нагрівного теплоносіїв уздовж поверхонь теплообміну апарату при протитоку теплоносіїв (рис. 5).

За графіком зміни температур гріючого і нагрівного теплоносіїв (див. рис. 5) визначають більшу і меншу різниці температур між гріючим і нагрівним теплоносіями на кінцях рекуперативного теплообмінника і :

Рис. 5. Графік зміни температури нагрівного і охолоджуваного теплоносія по ходу його руху

Знаходять середній логарифмічний температурний напір за формулою (5.19):

Визначають величину P, що являє собою відношення ступеня нагріву холодного середовища до максимально можливого перепаду температур, і величину R, що являє собою відношення ступеня охолодження гарячого середовища до ступеня нагріву холодного середовища, за формулами (5.21) і (5.22):

Після знаходження констант P і R згідно конструкції нашого теплообмінника за номограми 3 дод. III визначають поправочний коефіцієнт.

З умови завдання зрозуміло, що швидкість потоку продуктів згорання через живий переріз міжтрубних каналів w =  4,5 м / с, а зовнішній діаметр трубок теплообмінника = 20 мм.

Визначення коефіцієнта теплосприйняття

Коефіцієнт теплосприйняття від нагрівного теплоносія до стінки трубки теплообмінника, , /, обчислюється за формулою (5.26):

Для труб круглих перерізів = .

Середньоарифметична температура гріючого теплоносія (продуктів згоряння)

Середньоарифметична температура нагрівного теплоносія (води)

Коефіцієнт кінематичної в'язкості для гріючого теплоносія (продуктів згоряння середнього складу) визначається при їх середній температурі за допомогою інтерполяціїії за табл. 2 дод. II. При середній температурі гріючого теплоносія =  1082 коефіцієнт кінематичної в'язкості

Критерій Рейнольдса, що характеризує режим руху гріючого теплоносія через конвективний пучок трубок, обчислюється при середній його температурі :

Згідно знайденого значення критерія Re вибирають вираз для розрахунку критерія Nu.

При < 1000 розрахунок проводимо за формулою

Критерій (критерій теплофізичних параметрів гріючого теплоносія) визначається за табл. 2 дод. II в залежності від середньої температури гріючого теплоносія. Для продуктів згоряння, що мають температуру =  1013 ˚ С, критерій =  0,58.

Критерій (критерій теплофізичних параметрів гріючого теплоносія) визначається за табл. 2 дод. II в залежності від середньої температури стінки поверхні теплопередачі труби, що омивається теплоносієм, . Температура стінки знаходиться методом підбору.

Задаються середньою температурою стінки =83. Для гріючого теплоносія при =  83 критерій =  0,71.

Для гріючого теплоносія

Коефіцієнт теплопровідності гріючого теплоносія при середній температурі =  1082 дорівнює 29,3 ∙ 10^-2 /.

---

Смотрите также файлы

• ВИМОГИkursova.doc

• 5-ЛИНЕЙНЫЕ размеры.doc

• Kursova (частина 1).docx

• Kursova (частина 2).docx

• Лаб 3.doc