Определение коэффициента теплопередачи

Задача.

Вариант контрольной работы 22.

 

Рассчитать кожухотрубчатый теплообменник для нагревания m=27000 кг/ч жидкости от температуры =28 до температуры =98 . Греющий теплоноситель – водяной пар. Давление пара =2,4 ат. Расположение теплоносителя – горизонтальное. Нагревая жидкость – раствор NaCl.

В результате расчёта определить:

1. Коэффициенты теплопередачи и коэффициент теплопередачи.

2. Поверхность теплообмена.

3. Основные размеры теплообменника.

4. Толщину изоляции и тепловые потери в окружающую среду.

5. Расход греющего пара.

 

 

Методика расчёта

 

Выбор конструктивных элементов и скорости жидкости.

 

Учитывая условия теплообмена и удобство эксплуатации, жидкость необходимо направить по трубам, а пар - в межтрубное пространство. Скорость движения жидкости в трубах должна обеспечить достаточно интенсивный теплообмен и не вызвать сильного возрастания гидравлических соединений.

На основании практических данных принимаем:

1) скорость жидкости = 0,6 м/с;

2) внутренний диаметр трубы = 27мм;

3) толщина стенки трубы = 2,5мм.

4) наружный диаметр = 32 мм

 

Число труб в одном ходу:

где m – расход жидкости, кг/с;

dв – внутренний диаметр трубы, м;

– плотность жидкости, кг/ ;

.

 

Плотность раствора NaCl:

 

Общее число труб в пучке

n = = 17 * 4 =68

где – количество ходов в теплообменнике.

 

Принимаем n=61:4=15,25=16 - число труб в одном ходу

Пересчитываем

 

Определение среднего температурного набора.

 

Средняя разность температур между паром и нагреваемой жидкостью (температурный напор) определяется как среднелогарифмическое из значений наибольшей и наименьшей разностей температур:

 

;

;

 

 

Определение коэффициента теплоотдачи от стенки к нагреваемой жидкости.

 

В целях определения режима движения жидкости в трубах, вычисляется критерий Рейнольдса:

где ;

V – кинематическая вязкость, ;

 

Коэффициент теплоотдачи определяется по критериальному уравнению:

Для турбулентного режима (Re )

где Pr – критерий Прандтля

где с - удельная теплоемкость, Дж/(кг* )

– динамическая вязкость, Па*с

– коэффициент теплопроводности, Вт/(м*

 

Коэффициент теплопередачи:

 

 

3. Определение коэффициента теплоотдачи от пара к стенке

 

В случае конденсации водяного пара на пучке n вертикальных труб. Среднее значение коэффициента теплоотдачи определяется по формуле:

– теплопроводность плёнки конденсата, Вт/(м К)

- плотность конденсата, кг/

r – удельная теплота конденсата, Дж/кг

– динамическая вязкость конденсата, Па*с

Н – рабочая высота вертикальной трубы, м

– разность температур стенки и пара, ,

Температуру стенки рассчитывают как среднеарифметическую величину:

 

 

Определение коэффициента теплопередачи

 

Коэффициент теплопередачи для труб (цилиндрических стенок), если можно определить по формуле для плоских стенок:

– термическое сопротивление загрязненной стенки,

где – толщина металлической стенки труб и слоя загрязнения, м

– коэффициенты теплопроводности металлической стенки и слоя загрязнения,