Расчет коэффициента теплопередачи и общего термического сопротивления

2.4.1 Для расчета коэффициента теплопередачи необходимо предварительно определить коэффициенты теплоотдачи теплоносителей. Коэффициенты рассчитываются из критериальных уравнений.

 

Re = (₂ d_{в 2} ) / µ - критерий Рейнольдса, (6)

 

Re =(1 0,027 1015,9) / 0,8 10^-3 = 34286,6

 

Pr =(с µ ) / - критерий Прандтля. (7)

 

Pr = ( 3860 0,8 10^-3 ) / 0,55 = 5,61

2.4.2 В частных случаях:

а) для кожухотрубного теплообменника с фазовыми превращениями: — при конденсации пара на наружной поверхности вертикальных труб высотой h при ламинарном стекании пленки конденсата получено выражение для коэффициента теплоотдачи:

 

₁ = 1,15⁴ (r ^{2 3} g) / (t_пк µ h), (8)

 

где r - удельная теплота парообразования, определяется в зависимости от давления насыщенного пара, Дж/кг; , µ, - физические параметры конденсата, определяются в зависимости от средней температуры пленки конденсата t_пк (формула 9).

 

_воды = 0,685 Вт/(мК),

_воды = 943,1 кг/м³,

µ _воды = 238,6 10^-6Па с.

 

₁ = 1,15 ⁴(2202,2 10^-3 943,1² 0,685³ 9,8) / (238,6 10^-6 5 1) = 9753

 

t_пк = (t_s + t_cm) / 2 (9)

 

где t_cm - температура стенки, на которой происходит конденсация.

При небольшом значении t_пк (t_пк = 2…9) температуру стенки t_cm можно принять равной температуре конденсации.

 

t_пк = t_s - 2º…..5º (10)

 

t_пк = 120,73-5 = 115,73

 

б) для кожухотрубного теплообменника при теплообмене без фазовых превращений:

-- теплоотдача при развитом турбулентном течении в прямых трубах без изменения агрегатного состояния теплоносителей (Re 10000)

 

Nu = 0,021 Re^0,8 Pr^0,43 (11)

 

Коэффициент учитывает влияние на коэффициент теплоотдачи отношения длины l к ее диаметру d; при l/d 40 = 1. Формула (11) используется при расчетах, как при нагревании, так и при охлаждении жидкостей и газов.

 

Nu = 0,021 (34286,6)^0,8 (5,61)^0,43 = 187,23

 

Определив величину критерия Нусельта, находят значения коэффициента теплоотдачи:

 

₂ = (Nu )/d_вн , (12)

 

₂ = (187,23 0,55) / 0,027 = 3813,9

 

2.4.3 Коэффициент теплоотдачи К, Вт/(м² К) определяется следующим образом:

Для плоской и цилиндрической поверхности нагрева ( если у трубы d_вн/d_н0,5)

 

К = 1/((1/₁) + r_cm + (1/₂)) , (13)

 

r_cm = (_cm/_сm) + r_з1 + r_з2 , (14)

 

В формулах (13) и (14) приняты следующие обозначения:

_cm - толщина стенки поверхности теплопередачи, м;

_сm - теплопроводность материала теплопередающей поверхности - для стали - 51 Вт/(мК);

r_cm - суммарное термическое сопротивление стенки и загрязнений;

r_з1 + r_з2 - термическое сопротивление загрязнений поверхности нагрева -

r_з1 = 2 10^-4; r_з2 = 8,72 10^-5;

 

r_cm = 0,025/51 + 2 10^-4 +8,72 10^-5 = 0,000777 (м² К)/Вт;

 

К = 1/((1/9753)+(1/3813,9)+0,000777) = 875,86 Вт/(м² К)

 

2.4.4 Для кожухотрубного теплообменника, определив величину коэффициента теплопередачи, проверяют значение принятой в расчете температуры стенки стороны конденсирующего пара из уравнения (8):

 

t_cm = t_конд - (К/₁) t_ср, (15)

t_cm1 = 120,73 - (875,66/9743) 87,62 = 112,36

 

= (t_cm1 - t_cm) / t_cm (16)

 

= ((112,36 - 115,73) / 115,73) 100 = 2,9%

 

Определение площади поверхности теплопередачи

 

Площадь поверхности нагрева подогревателя

 

F = Q / (Kt_cp) (17)

 

F = 524805,6/(875,86 87,62) = 6,84 м²

Эту поверхность надо разместить в соответствии с четом заданных размеров диаметров и длины трубок, что осуществляется в конструктивном расчете.

 

Конструктивный расчет