Розрахунок коефіцієнта теплопередачі при швидкості 0,9 м/с

 

Розрахуємо загальний коефіцієнт теплопередачі за формулою:

 

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

К_о=1/((1/α₁)+(δ/λ_ст)+(1/ α₂))

 

Приймаємо швидкість руху рідини ω=0,9 м/с

Приймаємо діаметр теплообмінника d_вн=0,03 м

Розрахуємо критерій Рейнольдса:

 

Re= (ω* d_вн *ρ)/μ=0,9*0,03*983/0,00045673 =58110

 

Розрахуємо критерій Нусельта:

Nu=0,021* Re^0,8*Pr^0,43 *(Pr/Pr_ст) ^0,25

Pr= (μ*с)/ λ

Pr=(0,00045673 *4181)/0.652=2.923

Відношення (Pr/Pr_ст) ^0,25 приймемо за 1.

Nu=0,021*58110^0,8*2.923^0,43*1=215,708

 

За знайденою величиною Нусельта визначається:

 

α₂= Nu*λ/d_вн=215,708*0.652/0,03= 4688,1 Вт/(м²*К)

 

Розрахункове рівняння для обчислення α₁:

 

α₁=2,04*А*

Де А-розрахунковий коефіцієнт, який залежить від фізичних властивостей конденсату; r - теплота конденсації; Н – довжина трубки; Δt1- різниця температур, t_р- t_ст1, t_р- температура пари, t_ст1- температура стінки, на якій конденсується пара;

Приймаємо t_ст1= t_р-(5…10)-102-5=97⁰С

 

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

r визначаємо за довідником: r=2258кДж/кг

Н=1…4, Н=4 м

Δt1₌ t_р- t_ст1=102-97=5⁰С

t_пл= (t_р+ t_ст1)/2=(102+97)/2=99,5⁰С

 

значення А залежно від температури плівки конденсату t_пл такі:

А=179

 

α₁=2,04*179* =6686 Вт/(м²*К)

Задану температуру перевіряють за рівнянням:

 

t_ст1= t_п-(К/α₁)* Δt_с

 

товщину стінки приймаємо δ=0,0015

матеріал приймаємо нержавіючу сталь, теплопровідність якої 17,5 Вт/(м*К)

 

К₀=1/((1/6686)+(0,0015/17,5)+(1/4688,1))=2229 Вт/(м²*К)

 

Коефіцієнт використання поверхні нагріву φ=0,8

 

К=К₀*φ=2229*0,8=1783,4 Вт/(м*К)

 

Перевіряємо задану температуру:

 

t_ст1= 102-(1783,4 /6686)*40,38=91

задана і розрахункова температури не відрізняються більше ніж на 1 градус,

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

отже розрахунки зроблено вірно.

Δt1₌ t_р- t_ст1=102-91=11⁰С

t_пл= (t_р+ t_ст1)/2=(102+91)/2=96,5⁰С

А=177,5

α₁=2,04*177,5* =6638 Вт/(м²*К)

К₀=1/((1/6638)+(0,0015/17,5)+(1/4688,1))=2223 Вт/(м²*К)

К=К₀*φ=2223*0,8=1779,1 Вт/(м*К)

Перевіряємо задану температуру:

t_ст1= 102-(1779,1 /6638)*40,38=91,2

Визначимо площу поверхні теплообмінника за формулою:

 

F= Q/(K*Δt_c)= 6438096,126 /(1779,1 *40,38)=89,617 м²

 

3.1.3.Конструктивний розрахунок теплообмінника (перша частина)

Площа прохідного перерізу одного ходу:

 

ƒ₁= G/(ρ*ω)=22,22/(983*0.9)=0.025 м²

 

Число трубок одного ходу:

 

n₁= ƒ₁/(0.785*d²_в)=0,025/(0,785*0,03²)=35,54≈36 трубки

 

 

Загальна довжина труби:

 

L=F/(π* d_р* n₁)= 89,617 /(3,14*0,03*36)=26,41 м

α₁ >α₂, d_р= d_вн

 

Кількість ходів трубного простору:

 

Z=L/I₁=26,41 /4=6,6≈7 ходи

 

Де І₁ робоча довжина трубок, яку приймають не більше 4 м

 

Загальна кількість трубок:

n=z* n₁=7*36=252 трубки

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

Приймаємо а=8, тоді кількість трубок обраховуємо за формулою:

 

nр=3*а*(а-1) +1=3*8*(8-1)+1=169 трубок

 

Кількість трубок, розміщених по діагоналі найбільшого шестикутника,

 

знаходять за формулою:

 

b=2*a-1=2*8-1=15

 

При закріпленні труб у трубних решітках розвальцьовуванням крок t розміщення труб вибирають залежно від їхнього зовнішнього діаметра:

 

t= (1,3…1,5)* d_з=1,5*0,033=0,0495 м=0,05м=50мм

 

Діаметр трубної решітки визначають із співвідношення

 

D_реш=1,13* t * =1,13* 50 * =764мм

Діаметр трубної решітки округлюємо до стандартного значення D_реш= 800мм

Відстань між сусідніми стінками труб S=(7…13)мм

Приймаємо S=10мм

Внутрішній діаметр корпуса

D_в= t*(b-1)+4d_вн

D_в=50*(15-1)+4*33=700+132=832 мм

Заокруглюємо: D_в=800 мм

Живий перетин міжтрубного простору:

f_мп=(π/4)*(D_в²- nр* d_вн²)=(3,14/4)*(0,8²-169*0,033²)=0,36 м²

За формулами визначаємо розміри патрубків. Використовуємо таблицю:

Середовище	ω, м/с	ρ,кг/м^3	G,кг/с
Пара		1,12	2,84
Вода	0,9	Вхід 998 Вихід 968	22,22
Конденсат	0,2		2,84

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

 

Діаметр патрубка для входу продукту, який нагрівається

d_прод =1,13* =1,13* =0,17 м=170 мм

 

Діаметр патрубка для виходу продукту, який нагрівається

d_прод =1,13* =1,13* =0,18 м=180 мм

 

Діаметр патрубка для входу гріючої пари

 

d_пари =1,13* =1,13* =0,40 м=400 мм

 

Діаметр патрубка для виходу конденсату

 

d_конд =1,13* =1,13* =0,13 м=130 мм

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

3.1.4.Гідравлічний розрахунок теплообмінника

Потужність, потрібну для переміщення теплоносія через апарат, визначають за допомогою рівнянням, Вт:

 

N=(V* Δp)/ η

 

Де η= ККД насоса, приймаємо рівним 0,8

 

V-об’ємні витрати рідини, V= G / ρ=22,22/1983=0,011 м³/с

 

Гідравлічний опір апарата складається з опору тертя і місцевих опорів.

Отже, повний гідравлічний опір визначається за формулою:

 

Δp= Δp_тер+ Δp_м =(λ*L/ d_в+∑ξ)*((ω²*ρ)/2)

 

Де λ- коефіцієнт гідравлічного тертя

L-загальна довжина труби,м

 

λ=0,11*(Δ/d)^0,25,де Δ- абсолютна шорсткість;

Δ=0,06 мм

 

λ =0,11*(0,00006/0,03)^0,25 =0,023

 

значення суми коефіцієнтів місцевих опорів:

 

∑ξ= 5+2,5*(z-1)= 5+2,5*(7-1)=20

z- кількість ходів

 

Δp=((0,023*26,41 /0,03)+20)*(0,9²*983/2)=16023,2 Па

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

N=0,011*16023,2 /0,8=220 Вт