T₁, t₁ - начальная температура первичного и вторичного ТН, °С;

Т₂, t₂ - конечные температуры первичного и вторичного ТН, °С;

i₁, i₂- начальная и конечная энтальпия теплоносителей, кДж/кг;

t - перепад температур ТН, °С;

Из уравнений теплового баланса определяют расходы ТН, а из уравнения теплопередачи - площадь поверхности теплообмена. По величине площади теплообмена можно рассчитать число труб или пластин.

Для трубчатого ТО : F = d_cpLnZ, м²,

где d_cp- средний диаметр трубок ТО, м;

L - длина трубок, м;

n - число трубок в одном ходе, шт.;

Z - число ходов ТО, шт.

Для пластинчатого ТО : F = abn

a, b - ширина и высота пластины, м;

n - число пластин

Для определения площади теплообмена необходимо определить перепад температур ТН на ТО и коэффициент теплопередачи. Перепад температур на ТО в общем виде опреде-

ляется по формуле:

(1)

где t_б, t_м - температурный напор (разность температур обоих ТН) на том конце ТО где он, соответственно больше или меньше.

Формула (1) имеет частные случаи:

- для противотока;

- для прямотока,

где T₁, t₁, - начальные температуры первичного и вторичного ТН, С;

Т₂, t₂- конечные температуры первичного и вторичного ТН.

В ТО противоток имеет ряд преимуществ и его следует применять во всех случаях, когда этому не препятствуют технологические или иные факторы.

При прямотоке конечная температура вторичного, нагреваемого ТН, не может быть выше конечной температуры первичного ТН, в то время, как противоток не имеет такого ограничения, что позволяет в большей степени использовать энтальпию (теплосодержание) первичного ТН.

При перекрестном токе и других более сложных схемах движения ТН перепад температур определяют по формуле:

t = t_прот, (2 ) t_прот - перепад температур при противотоке, °С ;

 - поправочный коэффициент, определяемый для каждой конкретной схемы в справочной литературе.

Изменение температуры вдоль поверхности теплообмена зависит от водяных эквивалентов ТН. Водяным эквивалентом некоторого количества теплоносителя М с удельной теплоемкостью С называется количество теплоты, необходимое для увеличения его температуры на 1 °С:

---

W_e=МС,Дж/°С. (3)

Коэффициент теплопередачи определяют по формуле:

, Вт/м^{2 0}C (4)

где ₁, ₂ - теплоотдача первичного и вторичного ТН, Вт/м² °С;

_ст - толщина стенки, м;

_ст, - коэффициент теплопроводности материала стенки, Вт/м °С;

R₃ - термическое сопротивление загрязнения стенки, м² °С/Вт.

---

3.4. Определение конструктивных размеров теплообменников

При расчете ТО задаются скорости движения ТН. Обычно принимают:

 = 0.2 - 5 м/с - для жидкостей и пара;

= 5 - 25 м/с - для газов;

Зная скорость ТН и его расход задаются диаметром трубок d, и определяют их число:

, где f - площадь сечения коллектора, образованного трубками, по которому движется ТН со скоростью  и объемным расходом V: f = V/,м²;

f_тр - площадь сечения одной трубки, м²; .

Объемный расход ТН может быть выражен через массовый расход и плотность:



Тогда (5)

После определения числа трубок, проводят их компановку в сечении ТО и определяют размеры трубной решетки исходя из следующих соображений:

- внутренний диаметр трубок 12 мм  d_вн  60 мм;

- шаг трубок - S (расстояние между центрами соседних трубок);

S - (1.3 -1.5) d_н, но не менее d_н= 60 мм;

- длина трубок не более 6 м, эта величина проверяется по допустимым напряжениям металла при расчете ТО на прочность;

- кольцевой зазор между стенками крайних трубок и кожухом ТО не менее 6 мм.

Стандартным считается расположение трубок по концентрическим окружностям или по вершинам равносторонних треугольников.

Далее определяют диаметр корпуса ТО и проходное сечение межтрубного пространства.

Диаметр корпуса определяют по формуле:

D=D'+d_н + 2K, (6)

где D' - диаметр расположения осей трубок, м, определяется по таблице 1, задаваясь шагом трубок S;

d_н - наружный диаметр трубок, м ;

К - величина зазора между стенками крайних трубок и корпусом ТО.

Таблица 1

D'/S	Общее число трубок, размещаемых в ТО
	n1 - по вершинам равносторон­них треугольников	n2 - (по концентрическим окруж­ностям)
2	7	7
4	19	19
6	37	37
8	61	62
10	91	93
12	127	130
14	187	173
16	241	223
18	301	279
20	367	341

---

Сечение межтрубного пространства: (6)

Эквивалентный диаметр межтрубного пространства: (7)

где Р - смачиваемый периметр, P=(D+d_нn), м. Длину ТО определяют по формуле: (8)

3.5. Пример расчета рекуперативного теплообменника.

Задание:

Рассчитать трубчатый теплообменник для утилизации теплоты дымовых газов с целью подогрева воды для подпитки котельной. Расход дымовых газов V₁ = 3 м³/с, температура газов на входе в теплообменник Т₁ = 400 °С. Температура подпитывающей воды на входе в теплообменник t₁ = 5 °С.

Решение.

1. Примем температуру газов на выходе из теплообменника Т₂ = 90 °С и определим
среднюю температуру газов Т_г и перепад температуры газов в теплообменнике Т.

Т_г = 0,5 (Т, + Т₂) = 0,5(400 + 90) = 245 °С, Т = Т₁ -Т₂ = 400-90 = 310 °С.

2. Тепловой поток, передаваемый газами воде в теплообменнике:

Q = C_гV₁_гТ,

где С_г = 0,25 кДж/кг°С - теплоемкость дымовых газов при Т_г = 245°С, _г - плотность дымовых газов при Т_г, можно определить по формуле

,

где ₀ - плотность дымовых газов при нормальной температуре

T₀=20⁰C, ₀=1,3кг/м³. Тогда

Q=0,2533100,8=186 кВт.

3. Определим расход воды через теплообменник, необходимый для утилизации теплоты дымовых газов. Для воды (вторичного теплоносителя) можно записать:

Q = C_вМ_в(t₂- t₁), где C_в = 4,19 кДж/кг °С - теплоемкость воды;

М_в - массовый расход воды, кг/с;

t₂ - температура воды на выходе из теплообменника, °С, произвольно примем t₂ = 20°С, тогда



4. Определим площадь сечения газового коллектора, приняв скорость движения газов по трубкам ₁ = 40 м/с:



5. В газотрубной конструкции теплообменника будем использовать стальные трубки с наружным диаметром d

---

_н = 0,033 м и толщиной стенки  = 0,004 м, т.е. d_в = 0,025 м.

Число трубок:

Для удобства расположения трубок по концентрическим окружностям в теплообменнике примем их число n=130 шт(по табл. 1)

6. Диаметр теплообменника:
D = D' + d_н+2К,

где D' - определим из табл. 1 для n = 130 при шаге трубок S = 0,04 м; D' = 0,48 м.

К - расстояние от края трубок до кожуха теплообменника, примем К = 0,1 м.

D = 0,48 + 0,033 + 20,1 = 0,533 м.

7. Определим сечение межтрубного пространства:



8. Скорость движения воды в межтрубном пространстве:

, где _в = 1000 кг/м³ - плотность воды.

9. Рассчитаем величину критерия Рейнольдса для первичного (дымовые газы) и вторичного (воды) теплоносителей:

- газы



₁ = 45,8 10^-6, м²/с - коэффициент кинематической вязкости, принимается по таблице 3 приложений при средней температуре газов.

- вода

d_э - эквивалентный диаметр,

Р - смачиваемый периметр межтрубного пространства

Р = D + d_нn = 3,140,533 + 3,140,033130=15,1 м

₂ = 1,28 10^-6, м²/с - коэффициент кинематической вязкости, принимается по таблице 2 приложений при средней температуре воды.



10.Определим режим течения теплоносителей и расчетной формулы критерия Нуссельта

- газы Re₁ = 21834 > 10 000-режим движения газов турбулентный, критерий Нуссельта определяем по формуле 4 таблицы 1 приложений.

- вода Re₂ = 618,75 < 2300 - режим движения воды ламинарный, для уточнения режима движения воды рассчитаем критерии GrPr



Индексы «ж», «с» и «о» показывают, что параметры принимаются, соответственно, при средней температуре жидкости t_ж, температуре стенки t_c и определяющей температуре t_o.

t_ж=0,5(t₁+t₂)=12,5 ^oC

t_c = t + t_ж, где t - логарифмический перепад температур на теплообменнике.

---

Смотрите также файлы

• Планконспект проведения занятия по дисциплине Пожарнопрофилактическая подготовка.doc

• Практическая работа 1 Тема Особенности содержания обновленных фгос ооо, фгос соо.docx

• Лабораторная работа 1 Строение яйца и развитие зародыша птицы (курицы).docx

• Решение. Доходом по бескупонным облигациям выступает дисконт д (1000 700 1)(13)100 14,29 %.docx

• Возрастные особенности детей старшего дошкольного возраста (57 лет).docx