Аппараты такого типа могут быть соединены как последовательно, так и параллельно, обеспечивая любую необходимую тепловую мощность и эффективность нагревания или охлаждения, так что могут быть удовлетворены специальные требования путем соединения пакетов из выпускаемых промышленностью элементов. Конструкция такого типа особенно целесообразна в тех случаях, когда одна или обе жидкости находятся под высоким давлением, при котором необходима большая толщина стенки кожуха, и обычные кожухотрубные теплообменники в этом случае становятся дорогими.

Благодаря небольшому поперечному сечению трубного и межтрубного пространства в этих теплообменниках достигаются довольно высокие скорости движения жидкостей, что позволяет получать и высокие коэффициенты теплопередачи.

К недостаткам теплообменников этого типа следует отнести громоздкость, металлоемкость, большое гидравлическое сопротивление.

Основы расчёта

Основной целью технологического расчета теплообменного аппарата является определение поверхности теплообмена, геометрических размеров аппарата.

Поверхность теплообмена рассчитывается из основного уравнения теплопередачи:

Q=K·F·Δt_cp(1)

где : Q - тепловая нагрузка (тепло, принятое холодным теплоносителем), рассчитывается из уравнения теплового баланса, Вт,

К - коэффициент теплопередачи,

F - поверхность теплопередачи,

Δt_cp- температурный напор (средняя разность температур между холодным и горячим теплоносителем).

Средняя разность температурΔt_cp является движущей силой процесса теплопередачи. Независимо от взаимного направления движения теплоносителей (рис. 2)Δt_cp определяется по уравнению:

(2)



Рис. 2 Схема движения теплоносителей

При < 2,Δt_cp может быть рассчитана как среднеарифметическая разность температур:

---

(3)

Коэффициент теплопередачи К по физическому смыслу является термической проводимостью того пути, по которому тепло передается от горячего теплоносителя к холодному. Вдоль этого пути обычно выделяются следующие термические сопротивления:

1. 
   сопротивление при переходе тепла от основной массы (потока) первого теплоносителя к поверхности трубы (1/α₁, где α₁ - коэффициент теплоотдачи или термическая проводимость ламинарного пристенного слоя),
   
2. 
   термическое сопротивление слоя загрязнений на стенке трубы (накипь, ржавчина) со стороны первого теплоносителя,
   
3. 
   термическое сопротивление стенки трубы (δ_ст/λ_ст , δ_ст - толщина стенки, λ_ст - коэффициент теплопроводности материала трубы),
   
4. 
   термическое сопротивление загрязнений на стенке со стороны второго теплоносителя,
   
5. 
   термическое сопротивление ламинарного слоя при переходе тепла от наружной стенки трубы к основной массе второго теплоносителя (1/α₂).
   

Общее сопротивление системы равно сумме отдельных сопротивлений, так как тепловой поток проходит все сопротивления последовательно. Проводимость есть величина, обратная сопротивлению:

(4)



где: δ_i - толщина загрязнений;

λ_i, - коэффициент теплопроводности загрязнений (по обе стороны стенки).

Одной из основных задач теории теплообмена является определение коэффициентов теплоотдачи, которые рассчитываются, в основном, из критериальных соотношений. Вид зависимости между критериями находится экспериментально для каждого вида теплообмена и приведен в справочной и специальной литературе.

В общем виде коэффициент теплоотдачи α является функцией большого числа переменных, которые могут быть связаны между собой критериями подобия.



где l- определяющий линейный размер.

Конкретный вид уравнения зависит от режима движения, физических свойств теплоносителя, условий обтекания теплопередающей поверхности.

а) при ламинарном движении теплоносителя в каналах

---

(Re<2300)

Nu = 0,15ε_е · Re^0,33·Gr^0,1·Pr^0,43(Pr/Pr_ст)^0,25 (5)

б) при турбулентном движении(Re>10000)

Nu = 0,021ε_e·Re^0,8 · Pr^0,43(Pr/Pr_ст)^0,25 (6)

в) при переходном движении(2300<Re<10000) может быть использована графическая зависимость (рис.3.)

(7)



Рис.3 Зависимость ^a " от критерия Рейнольдса в переходном режиме.
В формулах (5), (6), (7):

-­ Критерий Нуссельта (8)

- Критерий Рейнольдса (9)

- Критерий Прандтля (10)

- Критерий Грасгофа (11)

ε_e - коэффициент гидродинамической стабилизации потока

, при λ/d_э ≥ 50, ε_e=1

где: λ - коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К);

ρ- плотность теплоносителя, кг/м³;

β- коэффициент объемного расширения теплоносителя, 1/град²;

μ - коэффициент динамической вязкости, Па·с;

ω - скорость движения теплоносителя, м/с²;

Δt - разность между температурой стенки и средней температурой жидкости °С;

l- длина теплообменника, м;

d_э- эквивалентный диаметр сечения потока, м.

Значение теплофизических констант теплоносителей λ, ρ, β, μ, входящих в критерии выбираются при средней температуре того теплоносителя, для которого рассчитывается коэффициент теплоотдачи.

Средняя температура теплоносителя, абсолютное значение температуры которой является меньшим, принимается за среднюю арифметическую между температурами входа в теплообменник и выхода из него (рис. 2). А средняя температура другого теплоносителя будет отличаться от полученной средней арифметической на среднюю разность температур

---

Δt^r=t₁^r-t₂^r, Δt^x= t₂^х –t₁^х

ЕслиΔt^r< Δt^x, то

t^г_cp = (t₁^г+t₂^г)/2 иt^x_cp = t^r_cp- -Δt_cp (12)

Если же Δt^x<Δt^r, то

t^x_cp=(t₁^х +t₂^х)/2 , t_cp^r=t^x_cp+ Δt_cp (13)

При вычислении критерия Pr_cm ("Прандтля" стенки) значение теплофизических констант теплоносителя выбираются по температуре стенки, смываемой данным теплоносителем. Определение температур стенок теплопередающей поверхности осуществляется методом последовательного приближения из основных уравнений теплообмена (уравнений теплоотдачи и теплопередачи). При установившемся процессе теплообмена от нагретой среды к стенке, через стенку и от стенки к менее нагретой среде тепловой поток остается постоянным, т.е.

(14)

(15)


(16)

(17)

где R – термическое сопротивление стенки

(в уравнении 4)

В качестве первого приближения принимается, что

---

(18)

Скорость движения теплоносителя определяется из уравнения расхода:

V = ω·f(19)

Эквивалентный диаметр потока теплоносителя рассчитывается по уравнению:



(20)

где :

f- площадь поперечного сечения, м²;

n - общий смоченный периметр сечения потока, м;

ω - скорость движения теплоносителя, м/с.

Порядок выполнения работы

1. 
   Установите ручку нагревателя напряжения в положение 0 В.
   
2. 
   Установите галетный переключатель «выбор устройства» в положение ММТП 014.
   
3. 
   Установите положение тумблера конвекция в прямом (попутном) направлении, с направлением потока горячего теплоносителя.
   
4. 
   Снимите показания датчиков температур T₁¹ и T₁² и датчиков давления P₁¹ и P₁² во внутренней трубе. Данные запишите в таблицу 1.
   
5. 
   Снимите показания датчиков температур Т₂¹ и Т₂² и датчиков давления Р₂¹ и Р₂² данные запишите в таблицу 1.
   

---

Смотрите также файлы

• Патологическая анатомия лепры.docx

• Учебнометодическое пособие по выполнению учебной практики для студентов очной и заочной форм обучения по направлению подготовки 44. 03. 01 Педагогическое образование. Начальное образование.pdf

• Определим матрицу коэффициентов полных затрат b1 с помощью формул обращения невырожденных матриц.docx

• Тапсырма. Тмендегі сызбансаны толтыру анны клемі жне рамы.docx

• Реферат субъективные и объективные показатели самоконтроля.doc