Определение коэффициента теплопередачи в теплообменнике.

Чтобы рассчитать коэффициент теплопередачи сначала необходимо определить коэффициенты теплоотдачи от греющего теплоносителя к стенке трубы () и от стенки к холодному теплоносителю (). По исходному заданию теплообменник (бойлер) расположен вертикально. При данной конструктивной вариации формула для определения  будет иметь следующий вид:

 

Предварительно полагается, что температура стенки со стороны горячего теплоносителя ориентировочно будет равна , откуда температура водяной плёнки конденсата равна:

Таким образом коэффициент А по справочным данным будет равен А=189,5.

Предварительно из предложенного сортамента выбираются трубы длиной  . Итак, коэффициент теплоотдачи  :

Тогда удельный тепловой поток от горячего теплоносителя к стенкам труб:

Расчёт  будет вестись при помощи безразмерного числа Нуссельта, взятого для холодного теплоносителя (:

Для начала необходимо определить режим движения жидкости. Скорость холодного теплоносителя из, экспериментально установленного, диапазона принимается равной  (м/с). Для этого определяем критерий Рейнольдса для холодного теплоносителя:

Значение числа Рейнольдса указывает на то, что преобладает турбулентный режим движения жидкости. Для определения числа Нуссельта также необходимо знать значение числа Прандтля:

Таким образом критерий Нуссельта для турбулентного режима будет равен:

Теперь можно вычислить коэффициент теплоотдачи :

Тогда удельный тепловой поток от стенки к холодному теплоносителю:

Чтобы вычислить температуру стенки со стороны холодного теплоносителя (удельный тепловой поток был рассчитан ранее), необходимо знать какое термическое сопротивление оказывает стенка трубы тепловому потоку. Для этого приводятся значения сопротивлений, найденные в справочной литературе. Для простоты будем полагать, что материалом труб послужила углеродистая сталь с коэффициентом теплопроводности , которая не имеет на себе следов коррозии и имеет диаметр  (размер труб принят с учётом рекомендаций государственного стандарта). Также известно, что на предполагаемом предприятии в качестве теплоносителя будет использоваться вода средней очистки. Таким образом термические сопротивления:

· Сталь:

· Вода хорошего качества:

· Водяной пар (с содержанием масла):

Общее сопротивление, оказываемое тепловому потоку:

Таким образом, температура стенки со стороны холодного теплоносителя:

Тогда тепловой поток от стенки к холодному теплоносителю:

где температура холодного теплоносителя:

Наглядно видно, что  (противоречит закону сохранения энергии). Это произошло в силу того, что температура стенки со стороны горячего теплоносителя была выбрана в качестве предположения. Истинное значение теплового потока можно узнать при помощи графического приближения. Для этого необходимо выбрать ещё одну предполагаемую температуру стенки , которая будет заведомо намного меньше настоящей. Затем будет произведён ещё один расчёт тепловых потоков и построен график зависимости , где точка на пересечении двух прямых будет иметь координаты (, которые и будут истинными значениями температуры и удельного теплового потока.

Предполагаемая температура принимается равной . Тогда температура плёнки конденсата:

Графики зависимостей  представлен ниже:

Рис 5. «Графический метод определения »

Таким образом, температура и удельный тепловой поток будут равны:

 Тогда температура стенки со стороны холодного теплоносителя:

Истинные значения коэффициентов теплоотдачи составят:

Все расчётные данные отображаются в сводных таблицах для каждого теплоносителя соответственно:

Таблица 2 «Холодный теплоноситель»

№
1	68,5	107,47	38,97	7504,6	292439
2	68,5	84	15,5	7504,6	103257

 

Таблица 3 «Горячий теплоноситель»

№
1	128	120	124	8	54060	6721,2	0,0003798	12,53
2	128	104	116	24	83676	5909	0,000535	20

 

Итак, резюмируя весь вышеприведённый расчёт, коэффициент теплопередачи будет равен:

 

 

Также производят расчёт поверхности теплопередачи: