Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

iSswV45XbM

.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
15.04.2023
Размер:
3.67 Mб
Скачать

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение Таблицы 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19

Плотность теплового

 

q

 

Вт/м2

 

k·(

 

потока через пластины

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

Уточненная температура

 

 

 

о

С

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пластин со стороны

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

горячего теплоносителя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

Уточненная температура

 

 

 

о

С

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пластин со стороны

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

холодного теплоносителя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22

Расхождение между

 

1

 

%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

принятым и полученным

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

значением температуры

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пластин cо стороны

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

горячего теплоносителя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23

Расхождение между

 

2

 

%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

принятым и полученным

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

значением температуры

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пластин cо стороны

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

холодного теплоносителя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Считается, что если расхождение 1 или

 

2 будут превышать 5 %, то расчет

 

повторяют со второго пункта для новых значений

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24

Определяют удельные

 

 

 

кЖд/(кг·К)

 

Из табл. теплофизических

 

массовые теплоемкости

 

 

 

кЖд/(кг·К)

 

свойств теплоносителя

 

горячего и холодного

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

теплоносителей при

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

средних температурах

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25

Водяной эквивалент

 

W1

 

кВт/К

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

горячего теплоносителя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(теплоемкость массового

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

расхода)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26

Водяной эквивалент

 

 

 

кВт/К

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

холодного теплоносителя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(теплоемкость массового

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

расхода)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

27

Площадь поверхности

 

F

 

м2

 

Рассчитывают, используя

 

теплообмена

 

 

 

 

 

 

известную из условия

 

F = (2·n1 -2)·f

 

 

 

 

 

 

площадь f стандартной

 

 

 

 

 

 

 

 

пластины

 

 

 

 

 

 

 

 

F = (2·n1 -2)·f

28

Число единиц переноса

 

NTU

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тепла (безразмерный

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

коэффициент

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

теплопередачи)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29

Эффективность

 

E

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

теплообменника

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

70

Продолжение Таблицы 6

30

Рассчитывают температуры

 

о

С

- E·(

 

 

о

 

 

теплоносителей на выходе,

 

С

+

 

 

·E·(

 

 

 

 

 

 

 

 

если

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

31

Рассчитывают температуры

 

о

С

-

 

 

·E·(

- )

 

о

 

 

 

теплоносителей на выходе,

 

С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ E·( -

)

 

если

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.2. Пример поверочного расчета теплообменника системы водяного охлаждения

Исходные данные:

расход горячей воды = 9 кг/с;

расход холодной воды = 11кг/с;

b– ширина стандартной пластины = 0,3м; l– длина стандартной пластины = 1,37м;

f - площадь поверхности теплообмена стандартной пластины = 0,32м2; s – зазор между пластинами = 4мм;

δ – толщина пластины = 1мм;

материал пластин – сталь 12Х18Н10Т;

-температура горячей воды на входе = 900С;

-температура холодной воды на входе = 200С;

количество каналов для прохода горячей воды = 20;

количество каналов для прохода холодной воды = 19.

Требуется – определить температуры горячего

и холодного

теплоносителя на выходе.

 

1. Принимаем в первом приближении температуры теплоносителей на выходе равными их температурам на входе:

= 900С, = 200С.

71

2. Определяем неизвестные температуры горячей и холодной поверхностей пластин методом последовательных приближений, для чего сначала определяем среднюю разность температур между теплоносителями

=- = 90 – 20 = 70 0С.

Затем вычисляем температуры:

=- = 90 – 70/2 = 550С,

=- 2 0С = 55 - 2 = 530С.

3.По таблице теплофизических свойств материала пластин находим коэффициент теплопроводности при средней температуре стенки (для стали 12Х18Н10Т λ = 16 Вт/(м·К).

4.Определяем эквивалентный диаметр каналов теплоносителей

 

dэкв =

 

=

 

= 0,008 м.

 

 

 

5. По таблице …при

= 900С находим физические свойства горячего

теплоносителя: плотность ρ1 = 965,3 кг/м3; коэффициент теплопроводности λ1 = 0,68 Вт/(м·К); число Prж1= 1,95; кинематическая вязкость νж1= 0,326·10-6 м2/с; при температуре = 550С число Prст1 = 3,26.

6.Из уравнения неразрывности потока находим среднюю скорость течения горячего теплоносителя

w1 = = = = 0,388 ≈0,4 м/с.

7. Рассчитываем критерий Рейнольдса для определения режима течения

Re1 = = = 9816.

8. Считаем режим движения устойчиво турбулентным, поскольку число Re1 лежит на правой границе диапазона переходного режима 2000÷104; поэтому используем для расчета среднего значения числа Nu1 критериальное уравнение М.А. Михеева

Nu1 =0,021·

·

·(

 

)0,25· =

 

0,021·98160,8·1,950,43·(

 

)0,25 =38,34,

 

где =1, т.к. отношение длины канала к его эквивалентному диаметру ˃ 1.

72

9. Рассчитываем коэффициент теплоотдачи 1

1 = = = 3258,9 Вт/(м2·К).

10. По таблице …при = 200С находим физические свойства холодного теплоносителя: плотность ρ2 = 998,2 кг/м3; коэффициент теплопроводности λж2 = 0,599 Вт/(м·К); число Prж2 = 7,02; кинематическая вязкость νж2= 1,006·10-6 м2/с; при температуре = 530С число Prст2 = 3,372.

11. Из уравнения неразрывности потока находим среднюю скорость течения холодного теплоносителя

w2 = = = = 0,48 м/с.

12. Рассчитываем критерий Рейнольдса для определения режима течения

Re2 = = = 3817.

13. Значение Re2 попадает в центр переходного режима течения. Однако, учитывая, что удовлетворительного метода расчета теплообмена в этой зоне не имеется, канал имеет гофрированную поверхность, турбулизирующую поток, и малый зазор между пластинами, считаем, что режим движения турбулентный, поэтому продолжаем использовать для расчета среднего значения числа Nu2 критериальное уравнение М.А. Михеева

Nu2 =0,021·

·

·(

 

 

)0,25· =

 

 

0,021·38170,8·7,020,43·(

 

 

)0,25 =42,8,

 

 

где =1, т.к. отношение длины канала к его эквивалентному диаметру ˃ 1.

14. Рассчитываем коэффициент теплоотдачи 2

2 = = = 3204,7 Вт/(м2·К).

15. Рассчитываем коэффициент теплопередачи k, пренебрегая термическим сопротивлением загрязнений

k =

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

73

=1467,6 Вт/(м2·К).

16.Рассчитываем плотность теплового потока через стенку между

средними значениями температур и

 

 

 

 

q = k·( -

) = 1467,6·(90 – 20) = 102732 Вт/м2.

17. Уточняем температуры стенок

и

 

 

=

-

 

= 90 -

 

 

 

= 58,48 0C,

 

 

 

=

+

 

= 20 +

 

 

 

= 52,05 0C.

 

 

 

 

Проверяем расхождение между принятыми и полученными

значениями температур стенки

 

 

 

 

 

 

 

1 =

 

 

 

·100% = 5,9 %,

 

 

 

 

 

2 =

 

 

 

·100% = 1,8 %.

 

 

 

 

Поскольку расхождение больше 5%, расчет повторяем с пункта 2,

принимая новые найденные значения

 

и

.

18. По таблице свойств теплоносителя находим, что при температуре стенки = 58,48 0C новое значение = 3,02, а при = 52,05 0C

= 3,42.

19. Рассчитываем еще раз коэффициенты теплоотдачи

со стороны

горячего теплоносителя и со стороны холодного теплоносителя

Nu1

=0,021·

·

·(

 

 

)0,25· =

 

 

 

 

0,021·98160,8·1,950,43·(

 

 

 

)0,25 =39,08

 

 

 

 

 

1 =

 

 

 

 

=

 

 

 

 

= 3321,8 Вт/(м2·К).

 

 

 

 

 

 

 

Nu2

=0,021·

·

·(

 

)0,25· =

 

 

 

0,021·38170,8·7,020,43·(

 

)0,25 =42,63,

 

 

 

2 =

 

 

 

=

 

 

 

 

= 3191,9 Вт/(м2·К).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20. Повторно рассчитываем коэффициент теплопередачи k

74

 

 

k =

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 1477,5 Вт/(м2·К).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21. Уточняем плотность теплового потока через стенку между средними

значениями температур

и

 

 

 

 

 

 

 

q = k·( -

) = 1477,5·(90 – 20) = 103425 Вт/м2.

22. Еще раз уточняем температуры поверхностей стенки

=

-

 

= 90

-

 

 

 

= 58,87 0C,

 

 

 

=

+

 

= 20

+

 

 

 

= 52,40 0C.

 

 

 

 

23. Проверяем расхождение между принятыми и полученными значениями температур стенки

1 =

 

 

 

·100% = 0,6 %,

 

 

 

2 =

 

 

·100% = 0,7 %.

 

Поскольку расхождение меньше 5%, расчет температур стенок заканчиваем, принимая коэффициент теплопередачи k = 1477,5 Вт/(м2·К).

24. Определяем температуры горячей и холодной воды на выходе из теплообменника, для чего по таблице …при средней температуре теплоносителей = 90 0С и = 200С определяем соответственно удельные массовые теплоемкости cp1 = 4,208 кДж/(кг·К) и cp2 = 4,183 кДж/(кг·К).

25. Рассчитываем водяные эквиваленты горячего и холодного теплоносителей

W1 = G1· cp1 = 9·4208 = 37872 Вт/К,

W2 = G2· cp2 = 11·4183 = 46013 Вт/К.

26. Площадь поверхности теплообмена рассчитываем, учитывая известную по условию площадь одной стандартной пластины и их количество в теплообменнике

F = (2·n1 -2)·f =(2·20 -2)·0,32 =11,4 м2.

75

27. Рассчитываем безразмерный коэффициент теплопередачи NTU (Number of Heat Transfer Units, число единиц переноса тепла)

NTU =

 

=

 

= 0,445,

 

 

где = W1 = 37872 Вт/К.

28. Оцениваем эффективность теплообменника, учитывая известную по исходным данным противоточную схему движения теплоносителей

Eпр. =

 

 

=

 

 

=0,30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поскольку = W1 , то температуры теплоносителей на выходе рассчитываем по формулам [2, с.452]

=

 

- Eпр·(

-

= 90 – 0,30·(90 – 20) = 68,9 0С,

= +

 

· Eпр·(

-

= 20 +

 

·0,31··(90 – 20) = 37,9 0С

 

 

29. Проверяем расхождение между принятыми в первом приближении температурами теплоносителей на выходе и полученными

 

1 =

 

 

 

·100% = 30,6 %,

 

 

 

 

2 =

 

 

 

·100% = 47,2 %.

 

 

 

 

Поскольку расхождение превышает 5%, расчет повторяем с п.1 для

новых значений

=68,9 0С и

= 37,9 0С.

30.Рассчитываем средние температуры горячего и холодного теплоносителей в теплообменнике

== = 79,45 0C,

== = 28,95 0C.

31.Принимаем в дальнейшем расчете ранее уточненные температуры

стенок = 58,9 0C и = 52,4 0C. Коэффициент теплопроводности материала стенок при такой разности остается для материала пластин практически неизменным = 16 Вт/(м·К). По таблице теплофизических свойств воды находим, что при определяющей температуре = 79,45 0C

76

плотность

= 972 кг/м3, теплопроводность

= 0,674 Вт/(м·К), число

= 2,21,

кинематическая вязкость

= 0,365·10-6 м2/с, а при

температуре стенки

= 58,9 0C число

= 3,04.

32. Рассчитываем среднюю скорость горячего теплоносителя из уравнения неразрывности

=

 

=

 

=

 

= 0,386 м/с

 

 

 

33. Определяем режим течения теплоносителя, рассчитывая критерий Re1

Re1 =

 

=

 

=8460,

 

 

при найденном значении Re1 считаем, что режим течения турбулентный.

34. Используем для расчета среднего значения числа Nu1 критериальное уравнение М.А. Михеева

 

 

 

 

Nu1 =0,021·

·

 

 

·(

 

 

 

)0,25=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,021·84600,8·2,210,43·(

 

 

)0,25 =37, 88.

 

 

 

 

 

 

35.

Определяем коэффициент теплоотдачи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

= 3191,4 Вт/(м2·К).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

36.

По таблице теплофизических свойств воды находим, что при

определяющей температуре

= 28,95

0C

плотность

= 996 кг/м3,

теплопроводность

 

= 0,614 Вт/(м·К), число

 

 

= 5,58, кинематическая

вязкость

= 0,825·10-6 м2/с,

а при температуре стенки

= 52,4 0C

число

= 3,41.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

37.

Рассчитываем среднюю скорость холодного теплоносителя из

уравнения неразрывности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

=

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0,48 м/с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

38.

Определяем режим течения теплоносителя, рассчитывая критерий Re2

 

 

 

 

 

Re2 =

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

=4655,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при найденном значении Re2 считаем, что режим течения турбулентный.

39. Снова используем для расчета среднего значения числа Nu2 критериальное уравнение М.А. Михеева

77

Nu2 =0,021·

·

·(

 

)0,25=

 

0,021·46550,8·5,580,43·(

 

)0,25 =42,67.

 

40. Определяем коэффициент теплоотдачи

=

 

=

 

= 3290,9 Вт/(м2·К).

 

 

41. Рассчитываем коэффициент теплопередачи k

k =

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 1471,2 Вт/(м2·К).

42. Уточняем еще раз плотность теплового потока и температуры стенок q =k·( - ) = 1471,2·(79,45 – 28,95) = 74295,6 Вт/м2

=

-

 

 

=

-

 

 

 

= 56,2 0C,

 

 

 

 

=

+

 

 

=

+

 

 

 

= 51,5 0C.

 

 

 

 

43. Проверяем расхождение между принятыми и полученными значениями температур стенки

ст1 =

 

·100% = 4,6 %,

 

ст2 =

 

·100% = 1,7 %.

 

Так как расхождение меньше 5%, то заканчиваем расчет, принимая окончательно значение коэффициента теплопередачи k = 1471,2 Вт/(м2·К).

44. Определяем еще раз температуры горячего и холодного теплоносителей на выходе из теплообменника. Для чего по таблице теплофизических свойств … находим, что удельная массовая теплоемкость

горячего теплоносителя при его средней температуре

=

0С равна

cp1 =4,195 кДж/(кг·К), а холодного, при

=

0С, равна cp2 =4,174

кДж/(кг·К).

 

 

 

45. Уточняем водяные эквиваленты горячего и холодного теплоносителей

W1 = G1· cp1 = 9·4195 = 37755 Вт/К,

W2 = G2· cp2 = 11·4174 = 45914 Вт/К.

78

46.

Снова рассчитываем безразмерный коэффициент теплопередачи NTU

 

 

 

NTU =

 

 

 

=

 

 

 

 

 

= 0,4442

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

47.

Уточняем эффективность теплообменника

 

 

 

 

Eпр. =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

=0,317.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

48. Рассчитываем температуры теплоносителей на выходе

=

 

- Eпр·(

-

= 90 – 0,317·(90 – 20) = 67,81 0С,

= +

 

· Eпр·(

-

= 20 +

 

·0,317·(90 – 20) = 38,2 0С.

 

 

49. Проверяем расхождение между принятыми и полученными значениями температур теплоносителей на выходе

ж1 =

 

 

 

·100% = 0,7 %,

 

 

 

ж2 =

 

 

·100% = 0,8 %.

 

Расхождение составляет менее 5%, поэтому окончательно принимаем температуры теплоносителей на выходе равными:

- для горячего теплоносителя

= 67,8 0С;

- для холодного теплоносителя

= 38,2 0С.

Контрольные вопросы самопроверки к 8-й главе

1.Что позволяет в пластинчатом теплообменнике выравнивать скорости потоков теплоносителей, теплосъем и температурный режим?

2.В чем основные преимущества пластинчатых пакетных теплообменников?

3.В чем основные недостатки пластинчатых теплообменников?

4.Каков режим течения теплоносителей в пластинчатых теплообменниках?

5.Как устроены каналы для движения теплоносителей в пластинчатых теплообменниках и в чем их особенность?

79

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]