Выбор типа труб теплообменника

Диаметр труб и шаu трубного пучка существенно влияют на компакт и массу теплообменника. Удельная поверхность нагрева обратно пропорциональна диаметру труб. Уменьшение диаметра труб приводит к уменьшению объема теплообменника, однако использование мелких трубок увеличивает производственные затраты и затрудняет очистку теплообменника в процессе эксплуатации. Поэтому обычно применяют трубы диаметром 12 мм.

В рекуперативных теплообменных аппаратах при использовании пара в теплоносителя применяют латунные трубы, которые выбирают из асортемента труб.

 

3.9 Предварительное задание режима течения воды в трубах

Для обеспечения наилучшей теплоотдачи режим течения воды в трубах должен быть турбулентным. Из формулы числа Рейнольдса скорость воды в трубах

                                   (3.8)

где н_в – кинематический коэффициент вязкости воды при средней температуре воды t_в

d_в – внутренний диаметр труб.

 

3.10 Определение количества труб, обеспечивающих прохождение заданного количества воды

 

                                (3.9) 

где с _в – плотность воды при средней температуре t.

Полученное число округляют до меньшего целого z₁. При этом скорость води в трубах будет:

 

3.11 Определение числа Рейнольдса при количестве труб z₁

                         (3.10)

3.12. Расчет характеристик теплообмена в первом приближении.

3.12.1 Определение средней температуры стенки трубы в первом приближении

                          (3.11)

3.12.2 Определение среднего температурного напора от пара к стенке

                                 (3.12)

3.12.3 Определение безразмерного коэффициента теплопередачи от трубы к воде

               (3.13)

где Рr_в и Pr_c – числа Прандтля соответственно при температурах t_в и t_c.

 Выражение (3.13) действует при Re – 10⁴. 5 10⁶ и Pr – 0,6…2500.

Для переходного режима (2300<Re 10⁴) правая часть выражения (3.13) умножается на поправочный коэффициент е_n, значения которого приведены в следующей таблице 1.

 

Таблиця 1 Залежність коефіцієнта е_n від числа Рейнольдса.

Re	2300	3000	4000	5000	6000	8000	10000
еn	0,40	0,57	0,72	0,81	0,88	0,96	1,0

 

 

3.12.4. Определение коэффициента теплопередачи от стенки трубы к воде

                                   (3.14)

Где л _в -коэфициент теплопроводности води при средней температуре.

Далее из-за различия методик, определения коэффициента теплоотдачи конденсата к стенке трубы расчет приводится отдельно для горизонтального и вертикального расположения труб.

А    ПРИ ГОРИЗОНТАЛЬНОМ РАСПОЛОЖЕНИИ ТРУБ

3.12.5 Определение режима течения пленки конденсата.

Обозначим А – комплекс физических величин.

                                  (3.15)

где g=9,81 м/с²,

л – коэффициент теплопроводности конденсата;

с – плотность конденсата;

r – удельная теплота парообразования,

н – кинематическая вязкость конденсата.

Теплотехнические характеристики конденсата находят по таблице «Теплофизические характеристики воды» при температуре насыщения пара

Число Рейнольдса рассчитывают по формуле [1]:

            (3.16)

При Re_k  400 режим течения пленки конденсата – ламинарный.

 

3.12.6 Определение коэффициента теплопередачи от конденсата к стенке.

При ламинарном течении пленки конденсата среднее значение коэффициента теплоотдачи по поверхности рассчитывают по формуле [2]

             (3.17)

где е ₁ – экспериментальный поправочный коэффициент.

                                       (3.18)

где м и м _с – динамическая вязкость конденсата при температуре насыщения пара t_n и температуре стенки t_c.

л_с – коэффициент теплопроводности конденсата при температуре стенки t_c.

В   ПРИ ВЕРТИКАЛЬНОМ РАСПОЛОЖЕНИИ ТРУБ

3.12.5 Задание режима течения пленки конденсата и определение критической высоты трубы.

На практике наиболее часто используют ламинарно-волновой режим течения пленки, которому соответствует число Рейнольдса 400  Re_k  1600.

Число Рейнольдса рассчитывают по формуле [1]:

 

Re_k=3,2               (3.19)

 

Где А – комплекс физических величин. Его расшифровка приведена в выражении (3.15).

 

При расчете в первом приближении задают ламинарно-волновой режим течения пленки с числом Рейнольдса равным критическому и из выражения (3.9) определяют критическую высоту трубы

Н_к=                                       (3.20)

 

3.12.6 Определение коэффициента теплоотдачи от конденсата к стенке при Н = Н_кр и Re_k =Re_кр.

Среднее по высоте значение коэффициента теплоотдачи конденсата рассчитывают по выражению [1]

 

Обозначим А – комплекс физических величин.

                   (3.21)

B=4/(r с н)                                     (3,22)

 

Коэффициента теплоотдачи определяют в первом приближении при критических значениях числа Рейнольдса и высоты труб

                                (3,23)

3.12.7 Определение коэффициента теплопередачи от пара к воде

При толщине стенки трубы д значительно меньше ее диаметра можно от расчета коэффициента теплопередачи использовать формулу для плоской стенки:

 

k=                                               (3.24)

 

 

где л_сm – коэффициент теплопроводности материала труб при средней температуре t_c.

3.12.8 Определение плотности теплового потока

q=k Дt_ln                                      (3.25)

3.12.9 Определение уточненной средней температуры стенки трубы

 

=    (3.26)

 

где t_сn и t_св – температура наружной и внутренней стенки трубы соответственно.

3.13 Расчет характеристик теплообмена во втором приближении

 

3.13.1 Среднюю температуру стенки во втором приближении принимают равной t^¹_c.

3.13.2 Определение среднего температурного напора от пара к стенке

=                                        (3.27)

1.13.3 Определение безразмерного коэффициента теплоотдачи от трубы к воде по выражению (3.13).

3.13.4 Определение коэффициента теплоотдачи от трубы к воде по выражению (3.14).