Файл: В.В.Назаревич Теплообменники (конструкции и расчеты).pdf

15

Коэффициент теплопроводности λн, Вт/(м2.К) 0,555

Теплофизические свойства греющей воды при средней

РАСЧЕТ

Принимая ориентировочно скорости движения теплоносителей, рассчитываем определяющие критерии и коэффициенты:

- по греющей воде при

ωг=0,265 м/с

15

16

критерий Рейнольдса

Reг = ωгdэ/ν г = 0,265 .0,009 / 0,326 . 10-6 = 7315,9.

критерий Нуссельта:

Nuг = 0,135. Reг 0,73. Prг0,43(Prг/ Prст)0,25 Nuг=0,135.7315,90,73.1,950,43.(1)=119,1;

коэффициент теплоотдачи:

αг = Nuгλг/dэ=119,1.0,68/0,009=8999,4 Вт/(м2.К);

- по нагреваемой воде при

Wн=0,24 м/с

критерий Рейнольдса

Reн = Wнdэ/νH = 0,24.0,009/1,65.10-6=1309,1;

критерий Нуссельта

Nuн = 0,135. Reн 0,73. Prн0,43; Nuн=0,135.1309,10,73.1,720,43=86,49.

коэффициент теплоотдачи

αн = Nuнλн/dэ=86,49.0,555/0,009=5333,6 Вт/(м2.К);

коэффициент теплопередачи аппарата

k = 0,7.(1/αг + δ/λ + 1/αн)-1; k=0,7(1/8999,4+0,63.10-4+1/5333,6)-1;

k=1934,8 Вт/(м2.К).

Расчетная площадь поверхности теплообмена аппарата

Fan = Qр/k ∆t = 12,6.106/1934,8.31,7=205,4 м2.

С учетом загрязнения, принимаем пластинчатый теплообменник с поверхностью теплообмена 208 м2.

Конструктивный расчет теплообменного аппарата. Площадь поперечного сечения пакета

fп = V/3600W;

16

17

fп.г= 294,0/3600.0,265 = 0,309 м2.

С целью снижения гидравлических потерь, учитывая возможные отложения накипи и грязи, расчетное сечение пакета увеличиваем на 30 %.

fп.г' =1,3.0,309=0,4019 м2

Принимаем симметричную компоновку по теплоносите-

лям:

fп.г' = fп.н =0,4019 м2.

Число каналов в пакете: m=fп/fk=0,4019/2,58.10-3=155,8 кан.

Принимаем 156 каналов.

Сохраняя симметричность компоновки, принимаем χ=4 пакета: по 2 последовательно включенных пакета по теплоносителю.

В пакете 156/4=39 каналов.

Число пластин в пакете n =2.39=78

Площадь поверхности теплообмена одного пакета

Fп=Fпл.n=0,5.78=39 м2

Число пластин в аппарате: N=78.4=312+1=313 пластин.

Схема компоновки пластин в аппарате с сохранением симметрии:

78 Сχ 79 78 .

79

Принимаем аппарат типа ПР 0,5-158-2-0,2-11.

17

18

Аппарат разборный с пластинами 0,5 м2, на двухопорной раме, прокладка из резины марки 4326, пластины из стали

10Х17Н13М2Т.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Расчет состоит в определении суммарных потерь давления ∆Р теплоносителя при движении его в трубах теплообменника, которые складываются из потерь давления за счет трения о стенки труб ∆Рт и местных сопротивлений ∆Рм , возникающих при изменении сечения трубы и при входе и выходе теплоносителя из аппарата.

∆Р=∆Рт + ∆Рм.

Потери давления за счет трения теплоносителя о стенки

труб

∆Рт = λт(L/dэ)(ρW2/2),

где λт - коэффициент гидравлического сопротивления тре-

нию в трубах (λт=64/Re при ламинарном течении Re≤ 2300; λт=0,316/ Re0,25 при турбулентном течении Re≥ 104); L –

длина трубы, м; dэ - эквивалентный диаметр трубы, м; ρ - плотность теплоносителя, кг/м3; W - средняя скорость движения теплоносителя, м/с.

Потери давления, вызываемые местными сопротивле-

ниями

∆Рм = ζ ρ W 2/ 2,

где ζ – коэффициент местного сопротивления.

При расчетах теплообменных аппаратов можно прини-

18

После расчета ∆Р находят мощность насоса, необходимую для перемещения теплоносителей, Вт

N=G∆Р/ρη,

где G – массовый расход жидкости, кг/с; ρ- плотность теплоносителя перед нагнетателем, кг/м3; ∆Р – потери напора при движении теплоносителя по аппарату, Н/м2; η - КПД вентилятора или насоса.

Для расчетного теплообменника.

Коэффициент гидравлического сопротивления единицы

относительной длины канала

ξ=15/Re0,25

по греющей воде

ξг =15/7315,90,25 =1,62;

по нагреваемой воде

ξн =15/13090,25=2,49.

Гидравлическое сопротивление пакетов пластин

∆Р=ξlnρω2χ /dэ2

по греющей воде

∆Рг=1,62.0,8.965,3.0,2652/0,009.2=19523,0 Па;

∆Рг=20 кПа;

по нагреваемой воде

∆Рн=2,49.0,8.1280.0,242.4/0,009.2=32637,0 Па;

∆Рн=33 кПа.

19

20

Как видно, расчетные величины гидравлических сопротивлений не выходят за пределы допустимых.

Окончательно к установке принимаем 2 пластинчатых теплообменника со сдвоенными пластинами типа 0,5 поверхностью теплообмена 208 м2 каждый, соединенных параллельно.

Индекс аппарата: теплообменник Р 0,5 Р-208-2К-02 со схемой компоновки пластин

Сχ=(52+52+52+52)/(51+52+52+52).

Материал пластин – сталь 12Х 18Н10Т. Материал прокладок – резина 51-1481. Код аппарата ОКП-361251 3372 КЧ-08.

7. СПИРАЛЬНЫЕ ТЕПЛООБМЕННИКИ

7.1. Устройство и принцип работы

Спиральный теплообменник представляет собой две металлические ленты, соединенные в середине перегородкой (керном) и навитые вокруг этой перегородки, так что образуются два канала – для греющей и нагревающей сред, между которыми через стенку ленты передается теплота. Каждый канал присоединен к штуцеру в центре теплообменника и на его периферии. Для устойчивости против смятия спирали против внешнего давления (избыточного давления в наружных каналах) к поверхности ленты приваривают дистанционные штифты. Высота штифтов определяет высоту канала (зазор между лентами) , а частота их расположения ( продольный и поперечный шаг) – допустимое давление в аппарате.

Аппараты с тупиковыми каналами (тип 1).

Одна боковая сторона спирального канала закрыта (заварена), а другая закрыта для доступа в канал для механической чистки от загрязнений. Под крышку кладут сплошную круглую эластичную прокладку с отверстием в центре. Прокладка препятствует перетоку одноименной рабочей среды между витками спирали. Наиболее распространена

20

21

для чистки каналов. Их применяют в аппаратах для конвективного теплообмена между однофазными жидкостями или газами, а также в конденсаторах для паров и парогазовых смесей.

Рис. 4. Конструктивные варианты уплотнения торцов спиральных каналов: тупиковых (а), сквозных, уплотнённых эластичной листовой покладкой (б)

Аппараты со сквозными каналами и крышками (тип 2). Такие аппараты для одной из рабочих сред имеют канал, открытый с обоих торцов. Для второй рабочей среды канал наглухо заварен и не имеет доступа для механической очи-

стки.

Аппараты с глухими каналами для обеих рабочих сред

(тип 3).

Крышки в теплообменниках этих конструкций не требуются, что снижает металлоемкость аппарата.

Недостатком такой конструкции уплотнения каналов является невозможность механической очистки каналов от загрязнений, возможна только химическая промывка аппарата.

Принцип работы спиральных теплообменников для жидкостей следующий: первая рабочая среда через штуцер, расположенный на одной из крышек, поступает в камеру центровика, а затем движется по спиральному каналу до периферийного коллектора, из которого через штуцер выводится из аппарата. Вторая рабочая среда через штуцер периферийного коллектора подается в смежный спиральный канал и движется противотоком по отношению к первой ра-

21